新型探测器通过物理学“标准烛光”测试

　　最新发表于《高能物理学杂志》的一项研究中，包括美国麻省理工学院在内的国际团队报告称，新一代探测器sPHENIX通过了物理学中的“标准烛光”测试，这标志着科学家向揭开早期宇宙奥秘迈出重要一步。

　　sPHENIX探测器超导螺线管磁体核心内强子量能器的安装过程。图片来源：美国布鲁克海文国家实验室

　　sPHENIX探测器是美国布鲁克海文国家实验室相对论重离子对撞机的最新设备。它的任务是通过精确测量高速粒子碰撞后的产物，重建大爆炸初期出现的夸克-胶子等离子体（QGP）的特性。科学家认为，QGP在宇宙诞生后仅几微秒内存在，随后迅速消失，冷却并结合成如今构成普通物质的质子和中子。

　　如今，sPHENIX完成了一项关键测量，证明它具备足够的精度，可以帮助科学家拼凑出这种初始物质的特性。在物理学中，这项测试被称为“标准烛光”，是检验探测器精度的一个常用基准。具体而言，sPHENIX测量了两个金离子在接近光速相撞时产生的带电粒子数量，并确定了这一数值如何随碰撞方式而变化。结果显示，正面碰撞产生的带电粒子数量比“擦肩而过”式碰撞多出10倍，能量也高出10倍。这一结果表明探测器工作状态良好，具备开展高精度科学实验的能力。

　　sPHENIX体型相当于两层楼高，重量约1000吨，能以每秒1.5万次的速度记录碰撞事件。其核心部件包括微顶点探测器，可追踪单个粒子的轨迹和能量，实现高精度跟踪。当这些部件协同工作时，sPHENIX宛如一台巨型三维相机，可以在一次碰撞中同时记录成千上万颗粒子的数量、能量和运动轨迹。

　　QGP在实验室中存在时间极短，仅10-22秒，温度可达数万亿摄氏度，并表现为整体流动的“完美流体”。人们无法直接看到QGP，只能通过衰变后喷射出的粒子推断其性质。而设计sPHENIX的初衷正是为了捕捉这些“痕迹”，从而揭示早期宇宙物质的演化规律。目前，sPHENIX正在继续采集更多对撞数据。