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RHIC的突破：如何在極端條件下揭示物質的奧秘？
高能核物理學致力於研究在高能物理典型能量範圍內核物質的行為。這個領域的主要焦點是重離子碰撞，與其他粒子加速器中的輕原子相比。在足夠的碰撞能量下，這類碰撞理論上可以產生夸克-膠子等離子體（QGP）。在高能的邊緣核碰撞中，我們期望獲取有關粒子的電磁產生信息，這些信息在電子-正電子對撞機中由於其小得多的亮度而無法獲得。以往的高能核加速器實驗使用從1 GeV/nucleon到158 GeV/nucleon的能量範圍進行重離子碰撞研究。
這些實驗被稱為「固定靶」實驗，主要將一束離子（通常約有106到108個離子）加速到接近光速（0.999c），並將其撞擊到類似重離子的靶材上。
雖然所有碰撞系統都有其研究價值，但在1990年代末期，對於金束與金靶的對稱碰撞系統以及鈾束與鈾靶的研究特別受到關注，分別在布魯克海文國家實驗室的交替梯度同步加速器（AGS）和歐洲核子研究組織的超質子同步加速器（SPS）進行。當前，高能核物理學實驗仍在布魯克海文國家實驗室的相對論重離子對撞機（RHIC）和CERN的大型強子對撞機（LHC）中進行。RHIC的計畫起始於四個實驗——PHENIX、STAR、PHOBOS和BRAHMS，皆專注於研究高相對論性核碰撞。
對於RHIC來說，這些實驗的不同之處在於其采用粒子對撞的方式，將兩束加速的離子朝向彼此進行碰撞。在RHIC，根據離子的大小，離子可以被加速到從100 GeV/nucleon到250 GeV/nucleon不等。由於每個碰撞的離子擁有相互運動的能量，因此碰撞的最高能量可以達到金的中心質量碰撞能量為200 GeV/nucleon，而質子的為500 GeV/nucleon。
大型強子對撞機（LHC）的ALICE（A Large Ion Collider Experiment）檢測器專門用於研究Pb-Pb核碰撞，中心質量能量為每對核2.76 TeV。
大多數LHC檢測器，包括ALICE、ATLAS、CMS和LHCb，都參與了重離子實驗計劃。在1990年代，熱交互獲得了更多的關注，讓物理學家對熱產生的理解不斷深化。這種追查的歷史，可以追溯到恩里科·費米（Enrico Fermi）和列夫·朗道（Lev Landau）等的理論研究及早期多粒子產生的研究。這些努力為1960年代早期的多粒子產生熱描述和羅爾夫·哈根多恩（Rolf Hagedorn）提出的統計自引發模型奠定了基礎，最終導致夸克-膠子等離子體的發現。
在最初的實驗中，高能重離子碰撞首先是在美國加州的勞倫斯伯克利國家實驗室（LBNL）以及莫斯科附近的聯合核研究所（JINR）進行。這些實驗顯示了壓縮核物質及其性質研究的可能性，這為本實驗室接下來的更高能量研究鋪平了道路。
2012年8月，ALICE科學家宣布他們的實驗產生了溫度達到約5.5萬亿千卡的夸克-膠子等離子體，成為目前任何物理實驗中達到的最高溫度。
在CERN的LHC運行期間，重離子以每對核約2.76 TeV的能量碰撞，這是其靜止質量的約1500倍。這種碰撞的結果產生了大批的強相互作用粒子。ALICE實驗的結果顯示，這種溫度超過了2010年布魯克海文國家實驗室實驗創下的記錄，顯示出在大爆炸後的微秒內，宇宙中的條件被模擬出的驚人境地。
這項國際研究計畫的主要科學目標有多個，其中包括：
- 形成和研究一種新的物質狀態，即夸克-膠子等離子體，這種狀態在宇宙早期的最初30微秒內盛行。
- 研究顏色束縛和從顏色束縛的夸克束縛真空狀態轉變為物理學家稱之為微擾真空的興奮狀態，這種狀態使夸克和膠子可以自由運動。
- 探究核子（如質子、中子等）質量來源的起源，這被認為與夸克束縛及真空結構現象有關。
這項實驗計畫是基於在RHIC collider和CERN上近二十年來使用固定靶的研究的基礎上展開的。其結果已經確認在達到夸克-膠子等離子體階段所需的極端物質條件可以實現。通常在此階段中達到的溫度範圍為300 MeV/kB，即約3.3×1012 K，這是太陽中心的溫度的十萬倍以上。這也對應著一種能量密度達到10 GeV/fm3的水準。
那麼，從這些深入的研究中，我們能更深入地理解宇宙的起源及其結構嗎？
