新型探測器通過物理學“標準燭光”測試

　　最新發表于《高能物理學雜志》的一項研究中，包括美國麻省理工學院在內的國際團隊報告稱，新一代探測器sPHENIX通過了物理學中的“標準燭光”測試，這標志著科學家向揭開早期宇宙奧秘邁出重要一步。

　　sPHENIX探測器超導螺線管磁體核心內強子量能器的安裝過程。圖片來源：美國布魯克海文國家實驗室

　　sPHENIX探測器是美國布魯克海文國家實驗室相對論重離子對撞機的最新設備。它的任務是通過精確測量高速粒子碰撞后的產物，重建大爆炸初期出現的夸克-膠子等離子體（QGP）的特性。科學家認為，QGP在宇宙誕生后僅幾微秒內存在，隨后迅速消失，冷卻并結合成如今構成普通物質的質子和中子。

　　如今，sPHENIX完成了一項關鍵測量，證明它具備足夠的精度，可以幫助科學家拼湊出這種初始物質的特性。在物理學中，這項測試被稱為“標準燭光”，是檢驗探測器精度的一個常用基準。具體而言，sPHENIX測量了兩個金離子在接近光速相撞時產生的帶電粒子數量，并確定了這一數值如何隨碰撞方式而變化。結果顯示，正面碰撞產生的帶電粒子數量比“擦肩而過”式碰撞多出10倍，能量也高出10倍。這一結果表明探測器工作狀態良好，具備開展高精度科學實驗的能力。

　　sPHENIX體型相當于兩層樓高，重量約1000噸，能以每秒1.5萬次的速度記錄碰撞事件。其核心部件包括微頂點探測器，可追蹤單個粒子的軌跡和能量，實現高精度跟蹤。當這些部件協同工作時，sPHENIX宛如一臺巨型三維相機，可以在一次碰撞中同時記錄成千上萬顆粒子的數量、能量和運動軌跡。

　　QGP在實驗室中存在時間極短，僅10-22秒，溫度可達數萬億攝氏度，并表現為整體流動的“完美流體”。人們無法直接看到QGP，只能通過衰變后噴射出的粒子推斷其性質。而設計sPHENIX的初衷正是為了捕捉這些“痕跡”，從而揭示早期宇宙物質的演化規律。目前，sPHENIX正在繼續采集更多對撞數據。