在探索宇宙早期奧秘的過程中，sPHENIX 探測器在布魯克海文國家實驗室的相對論重離子對撞機 (RHIC) 中成功通過了首次重大測試。這個新型探測器的目的是精確測量重金屬離子碰撞後的結果，並為科學家提供了關於夸克-膠子等離子體的關鍵數據，這種物質狀態被認為是在大爆炸後的瞬間存在的。物理學家指出，這些結果顯示，sPHENIX 探測器已經準備好進一步研究這一神秘的物質狀態。
sPHENIX 是 RHIC 的最新實驗，旨在記錄高速度重離子碰撞所產生的產品。科學家們希望從這些碰撞的殘骸中重建出夸克-膠子等離子體的性質，這是一種短暫存在的夸克和膠子混合物，隨著宇宙的冷卻而消失，轉變為質子和中子。在最新發表的論文中，研究人員報告了 sPHENIX 測量了金離子以接近光速碰撞時產生的粒子的數量和能量。物理學家將這類測量稱為“標準蠟燭”，這為評估探測器的準確性提供了一個基準。
測試顯示，正面碰撞產生的帶電粒子數量是側面碰撞的十倍，並且這些粒子的能量也更高。麻省理工學院的物理學教授 Gunther Roland 表示：“這表明探測器的工作狀態符合預期。”他將這次成功比作發送一個新的望遠鏡並獲得第一張清晰的圖像。麻省理工學院的研究生兼論文的主要共同作者 Hao-Ren Jheng 說：“基於這個堅實的基礎，sPHENIX 將能以更高的精度和更好的解析度推進對夸克-膠子等離子體的研究。”
RHIC 能夠將粒子束加速至接近光速，然後使它們碰撞。釋放的能量能在瞬間形成夸克-膠子等離子體，這被認為是大爆炸後的第一種物質狀態。這種等離子體只存在約一個十億分之一秒，並且在數兆度的高溫下表現為“完美流體”，隨後冷卻為普通物質。Roland 指出：“你無法直接看到夸克-膠子等離子體本身，只能看到它的殘骸。”透過 sPHENIX，研究人員希望測量這些粒子，以重建夸克-膠子等離子體的性質，該狀態幾乎在瞬間消失。
sPHENIX 探測器取代了早期的 PHENIX 實驗，擁有更快、更強大的設置。這個重量達 1,000 噸、高度相當於兩層樓的探測器位於 RHIC 的兩束粒子交會處。其系統作為一個 3D 相機，每秒可以追蹤多達 15,000 次碰撞。麻省理工學院 Bates 研究與工程中心設計的微型頂點子探測器為其增添了額外的精度。MIT 的博士後研究員 Cameron Dean 說：“sPHENIX 利用了 RHIC 開啟 25 年以來探測技術的進步，以最快的速度收集數據，這使我們能首次探測極為稀有的過程。”
在 2024 年底，研究人員收集了三週的數據來測試該探測器，確認其能夠捕捉粒子的數量和能量，並且根據碰撞的直接性有不同的反應。Jheng 表示：“這項測量提供了明確的證據，表明探測器運行正常。”目前，該探測器已經開始進行全面實驗。Dean 說：“sPHENIX 的樂趣才剛剛開始。隨著我們所有數據的積累，我們可以尋找一個十億分之一的稀有過程，這可能會為 QGP 的密度、粒子在超密物質中的擴散，以及將不同粒子結合所需的能量等問題提供見解。”
該項目得到了美國能源部科學辦公室和國家科學基金會的支持。研究成果已發表在《高能物理學期刊》中。
