Введение в физику STAR |
Релятивистская физика тяжелых ионов представляет в мировой науке междисциплинарный интерес в областях ядерной физики, физики частиц, физики конденсированного состояния материи и космологии. Первоочередная задача этого поля исследований - воссоздать в лаборатории первичное состояние вещества - кварк-глюонную плазму (QGP), которая, как было предсказано стандартной моделью физики частиц (квантовой хромодинамикой), существовала до одной десятимиллионной доли секунды после Большого взрыва (начала Вселенной) и может существовать в ядрах очень плотных звезд.
STAR занят поисками признаков состояния кварк-глюонной плазмы и исследует поведение сильно взаимодействующей материи при высокой плотности энергии, сосредоточиваясь на измерениях адронной продукции в больших телесных углах. При этом STAR использует большой объем Время-Проекционной Камеры (TPC) для идентификации треков и частиц в условиях высокой плотности треков. STAR будет измерять одновременно много наблюдаемых на основе подхода "событие-за-событием" для изучения признаков возможного QGP фазового перехода и пространственно-временной эволюции процесса столкновения соответствующей энергии. Целью является получение фундаментального понимания микроскопической структуры адронных взаимодействий на уровне кварков и глюонов при высокой плотности энергии.
STAR является одним из двух широкомасштабных эксперментов, подготавливаемых
на Релятивистском Коллайдере Тяжелых Ионов (RHIC)
в Брукхэвенской Национальной Лаборатории (BNL)
на Лонг-Айленде (New York) к работе в 1999 году. 
Он был сконструирован для сосредоточения в первую очередь на адронных наблюдаемых и обладает большим акцептансом при высокоточном трековом и моментном анализе в системе центра масс быстрот. Специфичными для RHIC будут:
- значительное увеличение выхода частиц (тысячи частиц).
- сильное партон-партонное рассеяние в столкновениях тяжелых ионов.
Сильная компонента рассеяния становится заметной при энергиях RHIC и может быть рассчитана в пертурбативной хромодинамике (pQCD), что составляет новый подход к пониманию различных аспектов таких взаимодействий. В результате этих двух новых свойств RHIC, STAR будет способен измерять:
- переменные одиночных событий, представляющие:
- энтропию
- барохимический потенциал
- странный химический потенциал
- температуру
- флуктуации
- поток частиц и энергии
- процессы с большим трансверсальным моментом pt (представляющие сильно рассеяные партоны) в форме pt-джетов, мини-джетов и одиночных частиц.
STAR будет также изучать периферийные столкновения, где ядра физически не попадают друг в друга, но взаимодействуют посредством дальнодействующих сил, которые когерентно связывают их в нуклоны. Наиболее известным примером этого являются двухфотонные столкновения, изучаемые на at e+e- коллайдерах, однако фотон-Померонные взаимодействия тоже будут изучаться.
Для более детального обзора релятивистской физики тяжелых ионов на RHIC см. Relativistic Heavy Ion Physics and
the Relativistic Heavy Ion Collider, J. W. Harris, лекции, прочитанные в Lake Louise
Winter Institute по QCD
15-21 February, 1998, Lake Louise Alberta, Canada.
(Доступны: ps (15MB), gzipped ps (920kB), pdf (16MB), gzipped pdf (2.3MB))
В дополнении к программе по тяжелым ионам, STAR и другие RHIC детекторы будут изучать физику поляризованных протонных столкновений. RHIC будет первым протон-протонным коллайдером с поляризованными пучками. Основная физическая программа на поляризованном RHIC - это изучение спиновой структуры протона.
Внутренний спин и связанный с ним магнетизм протона находятся среди им определяемых характеристик. Они, например, существены при наблюдении космической радиации и проявляются в ядерном магнитном резонансе. Измерение и понимание относительного вклада в ядерный спин от его различных составляющих - главная задача ядерных физиков. Первая информация была получена в недавних экспериментах по поляризованному глубоко неупругому рассеянию. Их результаты показывают, что внутренний спин всех кварков и антикварков вместе составляет только часть (< 30%) полного нуклонного спина.
Результаты RHIC должны будут распространить это наблюдение на вклад от спина глюонов в спин протона, вклад, который, как полагает недавняя теоретическая работа, может быть большим. Эксперимент STAR уникально подходит для проверки этой глюонной роли. Если спины кварка и глюона вместе не учитывать в спине нуклона, единственным оставшимся источником баланса останется относительный орбитальный момент кварков и глюонов. Таким образом, вскоре в следующем веке эксперименты по спиновой подструктуре протона могут вывести нас за пределы нашего текущего, все еще рудиментарного, понимания кваркового движения внутри нуклона.
See also: