ビッグバン後の最初の数マイクロ秒について、私たちはほとんど何も知りません。仮説は立てられていますが、そのほとんどは科学的に意味があるかどうかを何度も何度も検証している段階です。研究プロセスは時に退屈に思えるかもしれませんが、ロングアイランド出身の新人は、宇宙の起源を解明する探求に有望な進歩をもたらしています。
高エネルギー物理学ジャーナルに最近掲載された論文の中で、sPHENIXコラボレーションの研究者らは、光速に近い速度で衝突する金イオンのエネルギーレベルを正確に捉え、測定することで、「標準光源」テストに見事合格したと発表した。
sPHENIX検出器は、1,000トンの重量で2階建ての高さを誇る装置で、毎秒15,000回の粒子衝突を捉えて測定する強力なカメラを搭載しています。これは、ブルックヘブン国立研究所の相対論的重イオン衝突型加速器（RHIC）で既に運用を終了したPHENIX検出器の待望のアップグレードです。
「これは検出器が期待通りに機能していることを示しています」と、MITとsPHENIXコラボレーションの物理学者であるガンサー・ローランド氏はMITニュースに語った。「まるで10年かけて構築した新しい望遠鏡を宇宙に打ち上げ、最初の画像を撮影したようなものです。必ずしも全く新しいものの画像ではありませんが、新たな科学研究を始める準備が整ったことを証明しています。」
初期宇宙の熱い混乱
クォークとグルーオンは、陽子と中性子を構成する基本粒子です。通常、この2つの粒子は、ビッグバン直後の数マイクロ秒のような極めて高温高圧の環境下でない限り、分離することはほぼ不可能です。
このような条件下では、クォークとグルーオンは、クォーク・グルーオン・プラズマ（QGP）と呼ばれる高密度で濃厚なプラズマ中に別々に存在していたはずです。RHICは、粒子を反対方向に投げつけることで、この状態を再現しようと試みます。これらの粒子が互いに衝突すると、非常に短い時間（1兆分の1秒）だけQGPとして存在する膨大なエネルギーが放出されます。
「QGPそのものを見ることはできません。いわば、崩壊によって生じた粒子の形で、その灰を見るだけです」とローランド氏は述べた。「sPHENIXでは、これらの粒子を測定し、実質的に一瞬で消滅してしまうQGPの特性を再構築したいと考えています。」
「ビッグバンマシン」
この試験に合格したことは、検出器の将来にとって明るい兆しです。しかし、研究チームはさらにいくつかの品質チェックを実施したいと考えています。研究者らによると、sPHENIX検出器は、1回の衝突で生成された粒子の数、エネルギー、そして軌道を追跡する「巨大な3Dカメラ」のようなものだという。
「sPHENIXは、RHICが25年前に稼働して以来の検出器技術の進歩を活用し、可能な限り最速の速度でデータを収集します」と、MITのポスドク研究員でsPHENIXコラボレーションのメンバーであるキャメロン・ディーン氏もMITニュースに語った。「これにより、非常に稀なプロセスを初めて探査することが可能になります。」
皮肉なことに、sPHENIXをこれほどまでに優れたものにしている特徴こそが、同時に多大なメンテナンスを必要とする理由でもある。しかし、研究者たちは正しい方向に進んでいると確信している。現在、sPHENIXはRHICの25回目にして最後の運転に向けてデータ収集に忙しく、その後は後継機である電気イオン衝突型加速器（EIC）が引き継ぐ予定だ。
「sPHENIXの楽しみは始まったばかりだ」とディーン氏は語った。
