Златни йони в RHIC пресъздадоха Големия взрив

Релативисткият колайдер на тежки йони (RHIC) в Брукхейвънската национална лаборатория на остров Лонг Айлънд приключи работа. Последните сблъсъци — между два лъча кислородни йони — се случиха на 6 февруари 2026 г. малко след 9 часа местно време, което сложи край на 25-годишна програма. Най-важното наследство на машината идва обаче от златото: при челни сблъсъци на златни ядра RHIC разтапяше протоните и неутроните и освобождаваше съставките им — кварки и глуони — в състояние, наречено кварк-глуонна плазма.

Какво е кварк-глуонна плазма

В обикновената материя кварките са здраво заключени в протони и неутрони — свободни кварки не се наблюдават. При достатъчно висока температура и плътност обаче границите на тези частици изчезват и се получава гореща „супа“ от свободни кварки и глуони.

Смята се, че точно такова състояние е изпълвало Вселената през първите микросекунди след Големия взрив, преди около 13,8 милиарда години. RHIC беше първата машина, която го възпроизведе в лаборатория — за първи път през 2000 г., малко след пускането си.

Числата обясняват защо това не е лесно. Според прегледа на американското Министерство на енергетиката (DOE) плазмата в RHIC достига около 4 трилиона градуса Целзий — над 250 000 пъти по-горещо от ядрото на Слънцето. Съществува по-малко от една милиардна от трилионна част от секундата, след което се охлажда и отново се „сглобява“ в обикновени частици. Учените реконструират случилото се по хилядите следи, които тези частици оставят в детекторите.

Снимка: sPHENIX и STAR / Brookhaven National Laboratory

Изненадата: почти идеална течност

Очакването преди RHIC беше, че плазмата ще се държи като газ. През април 2005 г. четирите тогавашни детектора — STAR, PHENIX, PHOBOS и BRAHMS — обявиха обратното: материята тече като течност с почти нулев вискозитет, тоест почти без вътрешно триене. Формулировката „най-съвършената течност, наблюдавана някога“ се превърна в най-цитирания резултат на лабораторията, а през февруари 2010 г. откритието на кварк-глуонната плазма беше официално потвърдено. През 2012 г. Големият адронен колайдер в CERN получи сходни свойства при около 50% по-висока температура.

Финалната година беше и най-продуктивната

Последният, 25-и рън даде най-големия масив данни в историята на машината. Златните ядра се сблъскваха при енергия от 200 GeV на двойка нуклони — максимума за RHIC.

Само детекторът sPHENIX, пуснат през 2023 г., е записал над 200 петабайта сурови данни — повече от всички предишни рънове взети заедно — включително около 40 милиарда „снимки“ на плазмата от златни сблъсъци, съобщава Брукхейвън. Съседният STAR влезе във финалната година с 8 милиарда качествени златни събития от рънове 23 и 24 и си постави за цел още 10 милиарда.

За 25 ръна RHIC е сблъсквал 10 различни атомни вида в 49 комбинации от ядра, енергии и конфигурации — включително протон-протонни сблъсъци с поляризиран спин и сблъсъци с неподвижна мишена при ниски енергии. Двата пръстена са с обиколка по 3,8 километра всеки.

Анализът тепърва предстои. Учените от колаборациите очакват да работят по тези данни поне още десетилетие — аналогично на начина, по който огромни масиви геномни данни вече се обработват с автоматизирани агенти, тук предизвикателството е чисто обемно.

Какво следва на същото място

Тунелът на RHIC няма да опустее. Един от двата йонни пръстена ще бъде демонтиран и заменен с електронен, за да се получи Electron-Ion Collider (EIC) — машина, която ще сблъсква електрони с протони и по-тежки ядра, за да картографира как кварките и глуоните изграждат обикновената материя.

В същия ден, в който RHIC приключи, DOE одобри и следващия етап на финансиране (CD-3B) за EIC — около 67 милиона долара (US; приблизително 59 милиона евро) за дълги поръчки, а строителните работи на площадката бяха планирани да започнат през юни 2026 г. Проектът се изпълнява съвместно с Jefferson Lab.

Заключение

RHIC не е „създал Голям взрив“ в буквалния смисъл — няма нова вселена, нито риск за нашата. Постижението е по-конкретно и по-трайно: машината показа, че материята от първите микросекунди след Големия взрив е течност, а не газ, и измери свойствата ѝ достатъчно точно, за да имат теоретиците какво да обясняват. Това е и общото с други скорошни резултати, при които наблюдението изпреварва теорията — както при първата ясна картина на разкъсваща се литосферна плоча. Детекторите вече мълчат, но статиите от тези 200 петабайта ще излизат години напред.