상대론적 중이온 충돌기

Relativistic Heavy Ion Collider
상대론적 중이온 충돌기(RHIC)
A section of Relativistic Heavy Ion Collider.jpg
브룩헤븐 국립 연구소의 상대론적 중이온 충돌기.
일반 속성
액셀러레이터 타입저장 링
대들보중이온
대상 유형충돌기
보 속성
최대 에너지빔당 250GeV(프로톤), 빔당 100GeV(금 이온)
최대 휘도1.6×1032/(cm2)
물리 속성
둘레3834m
위치업턴, 뉴욕
좌표40°53′2″n 72°52′33§ W/40.88389°N 72.87583°W/ 40.88389; -72.87583좌표: 40°53º2ºN 72°52µ33ºW/40.88389°N 72.87583°W/40.88389; -72.87583
기관.브룩헤븐 국립연구소
가동일2000 - 현재

상대론적 중이온 충돌기(RHIC /rrkk/)는 두 개의 작동 중이온 충돌기 중 최초이자 유일한 작동 중 하나이며, 지금까지 만들어진 유일한 스핀 편광 양성자 충돌기입니다.뉴욕 업턴의 브룩헤이븐 국립연구소(BNL)에 있으며 국제 연구팀이 사용하고 있는 미국 [1][2][3]유일의 입자 충돌기이다.상대론적 속도로 이동하는 이온을 충돌시키기 위해 RHIC를 사용함으로써, 물리학자들은 빅뱅 [4][5]직후에 우주에 존재했던 물질의 원형을 연구한다.스핀 편광 양성자를 충돌시킴으로써 양성자의 스핀 구조를 탐구한다.

RHIC는 2019년 기준으로 세계에서 두 번째로 높은 에너지 중이온 충돌기입니다.2010년 11월 7일 현재, 대형 강입자 충돌기(LHC)는 [6]RHIC보다 높은 에너지로 납 중이온을 충돌시켰습니다.이온(납-납 및 납-프로톤 충돌)의 LHC 작동 시간은 연간 약 1개월로 제한됩니다.

2010년, RHIC 물리학자들은 345 MeV(화씨 7조 테라켈빈 또는 4 테라켈빈) 이상의 온도가 금 이온 충돌에서 달성되었고, 이러한 충돌 온도가 "정상 물질"의 파괴와 액체의 생성을 초래했다는 결론을 내린 이전 실험의 온도 측정 결과를 발표했다.uid형 쿼크-글루온 [7]플라스마

2020년 1월, 미국 에너지 과학부는 BNL의 기존 RHIC 설비를 기반으로 향후 전자-이온 충돌기(EIC)를 위한 eRHIC 설계를 선정했다.

액셀러레이터

RHIC는 교차 저장 링 입자 가속기입니다.두 개의 독립된 고리(임의적으로 "파란색"과 "노란색"으로 표시됨)는 중이온 및/또는 편광된 양성자를 반대 방향으로 순환시키고 양전하를 띤 입자와 음전하를 띤 입자를 충돌시키는 사실상 자유로운 선택을 가능하게 합니다(eRHIC 업그레이드는 양전하 입자와 음전하 입자의 충돌을 허용합니다).RHIC 이중 저장 링은 육각형 모양이며 둘레는 3834m이며, 가장자리에 저장된 입자가 니오브-티타늄 도체를 사용하여 1,740개의 초전도 자석에 의해 편향되고 초점이 맞춰집니다.다이폴 자석은 3.45T에서 [8]작동합니다.6개의 상호작용점(두 개의 링을 순환하는 입자 사이)은 두 개의 링이 교차하는 비교적 직선인 6개의 섹션의 중간에 있어 입자가 충돌할 수 있습니다.인터랙션 포인트는 클럭 위치별로 나열되며 6시 가까이 주입됩니다.두 개의 큰 실험인 STAR와 PHENIX가 각각 6시와 8시에 위치해 있습니다.PHENIX 실험은 현재 sPHENIX가 [9]되기 위한 대대적인 업그레이드를 진행 중입니다.

입자는 RHIC 저장 링에 도달하기 전에 여러 단계의 부스터를 통과합니다.이온의 첫 번째 단계는 전자빔 이온원(EBIS)이고, 양성자의 경우 200MeV 선형 가속기(Linac)가 사용됩니다.예를 들어, EBIS를 떠나는 금 핵은 핵자당 2 MeV의 운동 에너지를 가지며, 전하 Q = +32 (금 원자로부터 제거된 79개의 전자 중 32개)를 가진다.그런 다음 입자는 부스터 싱크로트론에 의해 핵자당 100 MeV로 가속되며, 이는 최종적으로 핵자당 8.86 GeV에 도달하기 전에 Q = +77로 발사체를 AGS(Alternating Gradient Synchrotron)에 주입하고, RHIC 저장고에 남은 전자가 없다.R)

현재까지 RHIC에서 탐색된 입자 조합의 유형은 p + p, p + Al, p + Au, d + Au, h + Au, Cu + Cu, Cu + Au, Zr + Zr, Ru + Ru, Au + Au 및 U + U입니다.Au + Au 충돌의 경우 질량 중심 에너지는 일반적으로 핵자 쌍당 200 GeV이며 핵자 쌍당 7.7 GeV까지 낮았다.계획 중에 평균26 2×10−2−1 cms의 밝기가 목표였다.현재 가속기의 평균 Au + Au 광도는 [10]설계 값의26 44배인 87×10−2−1 cms에 도달했습니다.중이온 광도는 확률적 [11]냉각을 통해 상당히 증가한다.

RHIC의 특징 중 하나는 편광 양성자와 충돌하는 능력이다.RHIC는 가장 높은 에너지 편광 양성자 빔의 기록을 보유하고 있다.편광 양성자는 RHIC에 주입되어 에너지 램프 전체에 걸쳐 이 상태를 유지합니다.이것은 'Siberian snams'(RHIC에서는 체인 4 나선형 쌍극자 자석)라고 불리는 코르크따개 자석의 도움으로 달성되는 어려운 작업입니다.코르크 나사는 빔 Run-9의 방향을 따라 자기장이 소용돌이치게 유도하여 2009년 [13]2월 12일 500 GeV의 질량 중심 에너지를 달성하였다.Run-13에서 충돌기의 평균 p + p 광도는 160×1030−2−1 cms에 도달했으며, 시간과 강도는 평균 편파 52%[10]였다.

AC 다이폴은 RHIC에서 [14]처음으로 비선형 기계 진단에 사용되었습니다.

  • 액셀러레이터 컴포넌트
  • The 25 MW Helium refrigeration system that cools the superconducting magnets down to the operating temperature of 4.5K[15]

    초전도 자석을 4.5K의[15] 작동 온도까지 냉각하는 25MW 헬륨 냉동 시스템

  • An arc dipole magnet. Electrical bus slots (top and bottom) and beam tube (middle) at the top section of the vacuum shell[16]

    아크 쌍극자 자석입니다.전기[16] 버스 슬롯(상부 및 하부) 및 진공 셸 상부에 있는 빔 튜브(중부)

  • Curvature of beam tube seen through the ends of an arc dipole magnet

    아크 쌍극자 자석의 끝을 통해 본 빔 튜브의 곡률

  • Two main accelerator rings inside the RHIC tunnel

    RHIC 터널 내부의 2개의 주요 가속 링

  • STAR detector

    스타 검출기

  • A Forward Silicon Vertex Detector (FVTX) sensor of PHENIX detector on a microscope[17]

    현미경상의[17] PHENIX 검출기의 FVTX 센서(Forward Silicon Vertex Detector)

실험 내용

STAR 검출기에 의해 포착된 금 이온 충돌의 모습.

RHIC에는 현재 STAR(6시, AGS-RHIC 전송선 부근)라는 검출기가 1대 있다.피닉스(8시)는 2016년 마지막 데이터를 가져갔다.포보스(10시)는 2005년, 브람스(2시)는 2006년 각각 가동됐다.새로운 검출기 sPENIX는 구 PENIX 홀에서 건설 중이며, 2023년에 데이터 수집을 시작할 것으로 예상된다.

2개의 대형 검출기 중 STAR는 시간투영 챔버 시스템이 큰 고체각을 커버하고 기존에 생성된 솔레노이드 자기장 내에서 강입자를 검출하는 것을 목표로 하고 있으며, PHENIX는 초듀크 내 부분 커버리지 검출 시스템을 사용하여 희귀 전자 입자 및 전자 입자 검출에 더욱 특화되어 있다.유도적으로 생성된 축 자기장.소형 검출기일수록 의사방사성 범위가 크고, PHOBOS는 모든 검출기 중 가장 큰 의사방사성 범위가 있으며, 벌크 입자 다중도 측정에 적합하며, 브람스는 소위 "small-x"와 포화물리학을 연구하기 위해 운동량 분광학용으로 설계되었다.p + p [18]산란에서의 스핀 의존성을 조사하는 PP2PP(현재는 STAR의 일부)라는 추가 실험이 있다.

각 실험의 대변인은 다음과 같다.

현재의 결과

보충적인 설명은 쿼크-글루온 플라스마를 참조하십시오.

쿼크-글루온 플라즈마를 만들고 연구하기 위한 실험 목적을 위해 RHIC는 자체적으로 기준선 측정을 제공할 수 있는 고유한 능력을 가지고 있다.이는 낮은 에너지와 낮은 질량수 발사체 조합으로 구성되며, 이는 초기 실행의 p + p와 d + Au 충돌, 그리고 Run-5의 Cu + Cu 충돌과 같이 200 GeV Au + Au 충돌의 밀도를 초래하지 않는다.

이 접근방식을 사용하여 RHIC에서 생성된 핫 QCD 물질의 중요한 측정 결과는 다음과 같습니다.[19]

  • 집단 이방성 또는 타원 흐름입니다.모멘타가 낮은 입자의 주요 부분은 각도 / 1 + v ( T ) 2 ( \ / d \ phi \ 1 + v _ { p _ { \ { } } \ 2 \ ( p )에 이어 방출됩니다이는 충돌 시 핵 겹침 영역의 타원 모양과 생성된 물질의 유체역학 특성으로 인한 직접적인 결과입니다.
  • 제트 담금질.중이온충돌현상에서는 높은 횡방향T p와의 산란이 매체를 통과하는 동안 에너지를 잃기 때문에 뜨거운 QCD물질의 프로브 역할을 할 수 있다.실험적으로 A + A 충돌에서의 관측bin 제트 수율 및 P + p 충돌에서의 N × 수율의 몫인 R(A는 질량수)은AA A가 증가하는 강한 감쇠력을 나타내며, 이는 생성된 핫 QCD 물질의 새로운 성질을 나타낸다.
  • 컬러 유리 응축수 포화도.Q²에 큰 대수 면의 깊은 비탄성 산란에 비해 작Bjorken-x, Qs2∝ ⟨ NpNpart/2과 rt⟩/2{\displaystyle Q_{s}^{2}\propto \langle N_{\mathrm{부분}}\rangle /2}, 단일성 한계로 saturate과 resummation의 결과가 Balitsky–Fadin–Kuraev–Lipatov(BFKL)dynamics[20]. 번호(이원 충돌의 수와 반대되는) 충돌에 참여하는 핵자의 수.관측된 하전다수는 n h / 1 / s ( 2){ } / 1 _의 기대 의존성을 따르며 컬러 유리 응축물 모델의 예측을 뒷받침한다.상세한 것에 대하여는, 을 참조해 주세요.Dmitri Kharzeev 등.[21] 컬러 유리 응축물의 개요는 예를 참조하십시오.Iancu & Venugopalan.[22]
  • 입자비통계 모델에 의해 예측되는 입자비는 화학 동결 T에서의ch 온도와 하드론 화학 B _ 등의 매개변수를 계산할 수 있다.실험값ch T는 사용되는 모델에 따라 약간 달라지며, 대부분의 저자들은 160 MeV < Tch < 180 MeV의 값을 제공한다. 이는 격자 QCD 계산에 의해 얻어진 예상 QCD 위상 전이 값 약 170 MeV에 매우 근접하다(예: 카르쉬[23] 참조).

첫 해에 이론가들은 RHIC가 쿼크-글루온[24] 플라즈마를 발견했다고 주장했지만, 실험 그룹들은 여전히 [25]추가 측정이 필요한 다양한 변수들을 언급하며 성급한 결론을 내리지 않으려고 더 신중했다.현재의 결과는 생성된 물질이 양자 한계 부근에 점도를 가진 유체이지만, 약하게 상호작용하는 플라즈마와는 다르다는 것을 보여준다(쿼크-글루온 플라즈마가 어떻게 보이는지에 대한 널리 퍼져있지만 양적으로 근거가 없는 믿음).

물리 결과의 최근 개요는 Wayback Machine에서 RHIC Experimental Evaluations 2004 Archived 2017-02-02에 의해 제공되며, 이는 새로운 [26][27][28][29]물질 상태의 형성에 대한 함축적 맥락에서 현재 데이터를 평가하기 위한 지역사회 차원의 RHIC 실험의 노력이다.이러한 결과는 RHIC에서 처음 3년간 데이터를 수집한 결과이다.

대칭 변환의 첫 번째 힌트의 발견을 기술한 새로운 결과가 2010년 2월 16일자 Physical Review Letters에 게재되었으며, 관찰 결과 RHIC에서 생성된 충돌의 여파로 형성된 기포가 일반적으로 쿼크와 글루 사이의 상호작용을 특징짓는 패리티 대칭을 깨뜨릴 수 있음을 시사할 수 있다.ons([30][31]온스.

RHIC 물리학자들은 실험실에서 [32]달성한 최고 온도인 4조 켈빈의 실험에 대한 새로운 온도 측정을 발표했습니다.그것은 우주의 [33]탄생 동안 존재했던 조건들을 재현한 것으로 묘사된다.

평탄한 핵과학 예산 시나리오에서 가능한 폐쇄

2012년 말 원자력과학자문위원회(NSAC)는 에너지부와 국립과학재단에 향후 4년간 미래 원자력과학 예산이 성장하지 않을 경우 2007년에 작성된 원자력과학 장기계획의 실시방법을 조언해 달라는 요청을 받았다.아슬아슬하게 결정된 표결에서 NSAC 위원회는 비과학 관련 [34]고려사항에 기초하여 희귀 동위원소 빔 시설(FRIB)[35] 건설을 취소하기보다는 RHIC 폐쇄를 약간 선호했다.

2015년 10월까지 예산 상황은 개선되었고, RHIC는 향후 [36]10년까지 운영을 계속할 수 있습니다.

미래

RHIC는 2000년에 가동되기 시작해 2010년 11월까지 세계에서 가장 강력한 중이온 충돌기였다.CERN의 대형강입자충돌기(LHC)는 주로 양성자 충돌에 사용되지만 연간 약 1개월간 중이온과 함께 작동한다.LHC는 핵자당 25배 높은 에너지로 작동해 왔다.2018년 현재 RHIC와 LHC는 세계에서 유일한 하드론 충돌기입니다.

연간 작동 시간이 길기 때문에 RHIC에서 더 많은 수의 충돌 이온 종과 충돌 에너지를 연구할 수 있다.게다가, LHC와 달리, RHIC는 또한 스핀 편광 양성자를 가속할 수 있으며, 이는 RHIC가 스핀 편광 양성자 구조를 연구하기 위한 세계에서 가장 높은 에너지 가속기로 남을 것이다.

주요 업그레이드는 전자-이온 충돌기(EIC)로, 18GeV 고강도 전자빔 설비를 추가하여 전자-이온 충돌을 가능하게 합니다.충돌을 연구하려면 적어도 하나의 새로운 검출기를 만들어야 합니다.리뷰는 A에 의해 이루어집니다.데스판데 [37]등최신 설명은 다음과 같습니다.[38]

2020년 1월 9일, 미국 에너지 과학부 차관인 Paul Dabbar는 BNL eRHIC 설계가 미국의 미래 전자 이온 충돌기(EIC)에 선정되었다고 발표했습니다.현장 선정 외에도, BNL EIC가 [39]에너지부로부터 CD-0(미션 니즈)을 획득했다고 발표되었다.

고에너지 실험의 비평가

참고 항목: 대형 하드론 충돌기의 입자 충돌 안전
Wikinews 관련 뉴스:

RHIC가 작동을 시작하기 전에, 비평가들은 극도로 높은 에너지가 블랙홀을 생성하거나, 다른 양자 기계 진공으로 전환하거나, 일반 물질보다 더 안정적인 이상한 물질의 생성과 같은 재앙적인 [40]시나리오를 만들 수 있다고 가정했다.이러한 가설들은 복잡하지만, 많은 사람들은 지구가 몇 초에서 몇 천 년의 시간 안에 파괴될 것이라고 예측한다.하지만, 태양계에 아무런 해를 끼치지 않고 수십억 년 동안 태양계의 물체(예: 달)가 RHIC와 다른 인공 충돌기보다 상당히 높은 에너지를 가진 우주 입자로 인해 폭격을 받아왔다는 사실은 이러한 가설이 [41]근거가 없다는 가장 주목할 만한 주장 중 하나였다.

Wikinews 관련 뉴스:

또 다른 주요 논란거리는 물리학자들이 그러한[citation needed] 재앙적 시나리오의 가능성을 합리적으로 배제해야 한다는 요구였다.물리학자들은 재앙적 사건의 확률이 0이라는 실험적이고 천체물리적인 제약을 입증할 수 없으며, 내일 지구가 "종말의" 우주선에 부딪힐 것이라는 것도 입증할 수 없다.그 결과는 위에서 설명한 것과 같은 파괴적인 시나리오가 될 것이다. 하지만 분명히 사람에 의한 것은 아니다.이 상한에 대한 주장에 따르면, RHIC는 여전히 지구의 생존 가능성을 아주 조금이나마 바꿀 것이다.

언론과[42][43] 대중 과학 매체 모두에서 RHIC [44]입자 가속기와 관련하여 우려가 제기되었습니다.마틴 리스는 RHIC와 관련하여 최후의 날 시나리오의 위험을 최소 50,000,000분의 1의 [45]확률로 제시했다.strangelets의 생산에 관해, 프랭크 클로즈, 물리학의 옥스포드 대학교의 교수는 "이 일의 기회 연속 3주간 복권에서 주요 상 이기는 것처럼 있으면 문제는 사람들이 연장해서 3주간 복권에 당첨되는 게 가능하다고 생각해 주는 것이다."[43]상세한 연구 후에, sci.엔티스트들은 "합리적인 의심을 넘어, RHIC의 중이온 실험은 우리의 [46]행성을 위험에 빠뜨리지 않을 것"과 "위험한 기묘한 [41]생물의 가능성에 대한 강력한 경험적 증거가 있다"와 같은 결론에 도달했다.

이 논쟁은 1999년 사이언티픽 아메리칸에서 월터 L. 와그너와 F. 사이의 편지 교환으로 시작되었다. Wilczek,[47] M의 이전 기사에 대한 답변입니다.무커지[48]언론의 관심은 1999년 7월 18일자 영국 선데이 타임즈에서 J.[49] Leake의 기사로 이어졌고, 미국 [50]언론의 기사로 이어졌다.논란은 대부분 브루크헤븐 국립연구소장 J. H. 마버거가 소집한 위원회가 표면적으로 묘사된 [41]재앙적인 시나리오를 배제하는 것으로 끝났다.그러나 이 보고서는 상대론적 우주선 충돌 생성물이 "정지된" RHIC 생성물과 비교했을 때 지구를 통과하는 동안 다르게 행동할 수 있으며, 지구나 달과의 높은 E 양성자 충돌 간의 질적 차이가 RHIC의 금 충돌과 다를 수 있다는 가능성을 열어뒀다.바그너는 이후 샌프란시스코와 뉴욕에서 연방 소송을 제기함으로써 RHIC의 전체 에너지 충돌을 막으려 했지만 [51]성공하지 못했다.뉴욕 소송은 샌프란시스코 소송이 선호되는 토론장이라는 전문성 때문에 기각되었다.샌프란시스코 소송은 기각됐지만 추가 정보가 개발돼 [52]법원에 제출될 경우 재파일을 할 수 있는 허가를 받았다.

2005년 3월 17일, BBC는 연구원 호라시우 너스타세가 [53]RHIC에 블랙홀이 생성되었다고 믿는다는 기사를 실었다.하지만 H. Năstase[54]는 뉴 사이언티스트 article[55]의 원본 서류는 BBC가 뜨겁고 밀도 QCD 문제의 일치 RHIC에 있는 블랙 홀을 만들QCD의 통신을 AdS/CFT의 AdS5×X5 공간에 민코프 스키 공간과 산란에 산란의 의미에서만 있는데, 다시 말하면 그것은 유사한 수학 인용.ematically. 따라서 RHIC 충돌은 AdS/CFT 내의 양자 중력 이론과 관련된 수학으로 기술될 수 있지만 기술된 물리적 현상은 동일하지 않다.

재무정보

RHIC 프로젝트는 미국 에너지부, 과학부, 핵물리학부의 후원을 받았다.예산은 6억1660만 달러였다.[1]

2006 회계연도 운영예산은 전년보다 1610만 달러 줄어든 1억1550만 달러로 집계됐다.2006 회계연도 연방예산[56][57] 삭감에 따른 운영은 불투명했지만 운영비(1300만 달러)의 주요 부분은 뉴욕 [58][59]이스트세토켓 르네상스테크놀로지스(Renaissance Technologies)와 가까운 단체가 개인적으로 부담했다.

픽션의 RHIC

  • 소설 코스모스( 미국 작가 그레고리 벤포드의 ISBN0-380-79052-1)은 RHIC에서 열린다.공상과학(SF) 배경에는 주인공인 브람스 실험의 물리학자 앨리샤 버터워스가 우라늄 [60]이온을 가지고 달리다가 우연히 RHIC에 새로운 우주가 탄생하는 장면이 담겨 있다.
  • 좀비 종말론 소설 브라이언 킨의 라이징은 J.[49] 리크가 1999년 7월 18일 선데이 타임즈에서 제기한 RHIC의 활성화에 대한 언론의 우려를 언급했다.이야기 초반에서 드러났듯이, 소설과 속편인 '죽음의 도시'에서 좀비 봉기의 원인이 된 RHIC(해븐브룩 국립 연구소 소재)의 충돌 실험의 부작용이었다.
  • 미국 작가 오델로 구든 주니어가 쓴 '레이로리아 기억' 시리즈에서는 레이로리언 던(ISBN 1466328681)을 시작으로 각 루나시티와 우주정거장이 RHIC로 작동한다는 점이 주목됩니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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