布鲁克海文国家实验室的凯伦·麦纽提·沃什 在“向前”方向安装的新量热计组件处通过星形端盖磁铁的视图
这些组件将使物理学家能够测量和重建靠近束线的粒子喷射的能量
学分:布鲁克海文国家实验室 就在今年相对论重离子对撞机(RHIC)运行开始之前
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能源部科学办公室在美国能源部布鲁克海文国家实验室的核物理研究用户设施——一个由科学家、工程师、技术人员和学生组成的团队完成了对撞机恒星探测器重要新组件的安装
这个房子大小的粒子跟踪器(位于RHIC的太阳粒子跟踪器)捕捉原子核碰撞时产生的亚原子碎片，这样科学家就可以了解物质的组成部分
新的组件将扩大星的能力，以跟踪出现在一个极端的“向前”方向的粒子射流，这意味着接近粒子碰撞时穿过的束线
前向喷流探测对于了解质子和中子的内部成分——夸克和胶子——如何对这些物质组成部分的整体特性做出贡献非常重要
“喷流是夸克和胶子的绝佳替代品，”布鲁克海文实验室物理学家埃尔克-卡罗琳·阿辛瑙尔说，她领导着恒星的向前升级
“如果你测量了组成喷流的所有粒子的能量，那么你就基本上知道了碰撞过程中产生喷流的夸克或胶子的一切——它的能量、方向和自旋
“测量许多喷流将使科学家能够绘制质子的三维结构，包括内部夸克和胶子的排列和自旋
新设备要到明年的高能RHIC实验后才能用于物理测量
但是为今年的低能耗运行安装了主要部件——两种卡路里计——给了物理学家一个校准设备和解决任何问题的机会
“我们可以利用这段时间来运行所有的数据采集系统，测试读出通道，并调试我们的触发设置”——阿森纳说，该系统在几分之一秒内决定记录哪些碰撞和投掷哪些碰撞
STAR探测器的示意图显示了构成正向升级的组件
强子量热仪(图示远端的紫色方块)和电磁量热仪(更近的粉红色方块)已经准备好今年的运行
四个“小条状薄间隙室”圆盘(浅紫色)和三个环绕光束管的硅圆盘(多色)组成了追踪器，并将于今年夏天安装
学分:布鲁克海文国家实验室 被空间和时间隔开 在全球大流行的背景下，遵守今年RHIC竞选开始的最后期限不是一件小事
加州大学洛杉矶分校的STAR用户Oleg Tsai说:“我们希望有许多STAR实验的学术‘用户’，他们的学生去布鲁克海文组装和安装组件，但有了COVID，这变得非常复杂。”
相反，这个项目作为一个被空间和时间分隔的合作项目向前发展
蔡崇信说:“全国各地大学的STAR用户与学生一起开发和测试组件——包括一些在封锁期间离家太远而无法出行的学生。”
加州大学河滨分校的研究生大卫·卡普克希恩说，为了保持社交距离，“我们自然会分成上午和下午两个小组。”
“我们必须给彼此留笔记，这样每个小组都知道他们在实验室的时间里要做什么
" 一个由520个热量计塔组成的阵列，每个塔由36个钢吸收块组成，这些吸收块与闪烁体瓦片和将它们固定在一起的销交错在一起
学分:布鲁克海文国家实验室 “这次经历让我对这种尺寸的探测器是如何结合在一起的，以及建造它们需要的工作量有了很好的了解，”他补充道
这满足了斯科特·维斯辛克(Scott Wissink)的一个关键目标，他是印第安纳大学的STAR用户和物理学教授，他协调了通过国家科学基金会的主要研究仪器(MRI)项目资助这项工作的提议，其中特别包括支持组成项目联盟的十所大学的学生参与
“除了购买材料和设备之外，我们还要求资金支持各个大学所需的技术人员，特别是为学生提供参与部件测试和组装的机会，”他说
“这一经验不仅将确保我们有合适的设备来进行测量，而且还将使他们为领导下一代物理实验做好准备
" 辅助装配 “这些作品是从世界各地——印第安纳州、宾夕法尼亚州、加利福尼亚州、伊利诺伊州、得克萨斯州——甚至中国和日本——生产和交付的
“当我们拿不到卫生纸时，我们得到的是闪烁体，”阿森纳指出，他描述了一种可以探测光粒子的特殊塑料
然后所有的部件——成千上万的部件——必须以乐高的方式一层一层地组装和安装，她说
这张图片显示了强子量热计的一半(260块)
在前面，你可以看到电磁量热计，它的所有读出电子设备和电缆都已安装完毕
学分:布鲁克海文国家实验室 一些学生最终能够提供帮助
加州大学河滨分校的另一名研究生埃里克·劳埃德说:“在冠状病毒大流行爆发之前，我计划去布鲁克海文攻读博士学位。”
“虽然我的旅行最初被推迟了，但最终我搬到了纽约，隔离了一个月，然后来到实验室帮助安装
" 但是，由于学生比平时少得多，项目负责人求助于布鲁克海文的光束和实验服务(B&工程服务)小组和对撞机-加速器支持(中科院)小组的技术人员，寻求额外的帮助
中科院成员布兰登·霍伊(Brendan Hoy)指出，他所在的小组的24小时职责通常包括对实时设备问题做出响应——对电源和磁铁等设备进行故障排除和纠正性维护——以及在建筑群周围建造、安装和维护各种电子系统
“我们维护STAR电源的工作和我定期分配的以电子设备为中心的职责很好地体现在这个探测器的安装上，”他说
“鉴于2020年给我们所有人带来的独特的困难环境，我觉得有机会从事一个超出我正常职责范围的项目是一个受欢迎的机会
" “对撞机-加速器部门(CAD)的技术人员与STAR技术支持小组合作，在安装热量计及其支持结构方面做得很好，”STAR的总工程师拉胡尔·夏尔马说
“这项工作的速度是最初预期的两倍，团队在上午和下午轮流工作，堆叠多层探测器模块
这是一个真正的挑战，要在三个多月的时间里协调所有这些来完成安装
" 强子量热计的一半由20×13个塔组成，安装了前两个读出电子板，所有的信号电缆将光从光子传感器传送到读出电子板
学分:布鲁克海文国家实验室 “我们必须克服许多挑战，同时在如此紧凑的地点和时间框架内建造这些探测器，”B&工程技术人员特拉维斯·赫布斯特说
“由于空间有限，我们不得不安装一条临时传送带，这样我们就可以将近10，000个重15吨的钢制吸收块和20，000个用于将它们固定在光束线下的销钉转移到一起，这样我们就可以在两侧建造探测器
" 另一位B&电子工程师学会的技术人员阿德里安·丁满补充说:“我们还必须在安装探测器所需的所有工作时间内保持社交距离，同时检查并保持所有的块和销没有碎片或变形，因为这些缺陷可能会导致探测器的内部结构出现问题
" 加州大学河滨分校的卡布克扬说:“对我来说，最令人惊讶的事情是所有这些小细节，你在教科书上描述这些量热仪时不会读到它们。”他也曾前往长岛参加组装
“你阅读了关于粒子如何失去能量以及如何计算能量的物理知识，但是所有这些微小的构造细节，比如如何正确解开电缆，都被忽略了
参与(这个项目的所有阶段)对我来说是一次很好的经历，对我未来的努力肯定会有所帮助，”他说
推动科学向前发展 经过今年的运行，现在已经完成的乐高式量热仪组件将加入一些额外的组件——两种用于识别不同电荷粒子的跟踪探测器
整个系统将准备好在2022年RHIC运行中收集物理数据
布鲁克海文实验室物理学家埃尔克·卡洛琳·阿希瑙尔正在领导“恒星前进”升级项目
位于恒星探测器的桶形时间投影室的一端，量热仪和跟踪器将捕捉从桶的那一端射出的角度非常接近RHIC束线的喷流
研究这些特殊的喷流很重要，因为它们让科学家能够接触到携带非常高或非常低的质子(或原子核)总动量百分比的夸克和胶子
组成质子的三个主要价夸克散射产生的喷流携带了粒子总动量的很大一部分
但是一个质子比这三个主要夸克要复杂得多
在里面有一个充满夸克和反夸克对的微观世界，它们在存在中飞来飞去
胶子——因为它们把夸克粘在一起而被恰当地命名——更加神秘
它们分裂和繁殖，在高能时，可能完全控制质子的结构
这些胶子中的每一个都携带着质子总动量的很小一部分
但是因为它们的数量太多了，科学家们认为它们的综合影响在确定质子的性质方面发挥了巨大的作用
因此研究由这些“低动量分数”胶子产生的喷流的动机
“这些测量将有助于我们寻找证据，证明我们在RHIC碰撞的金离子变成了致密的胶子壁，胶子的这种饱和状态决定了质子自旋和质量等关键性质，正如我们在RHIC已经观察到的许多发现所表明的那样，”阿森纳说
这些测量也将有助于为未来的电子-离子对撞机(EIC)的射流跟踪奠定基础
EIC是美国能源部最新的核物理设施，将在布鲁克海文实验室与托马斯·杰斐逊国家加速器实验室(杰斐逊实验室)合作建设，以扩大科学家对核物理前沿的研究
“我们正在讨论的EIC强子量热计设计的组件基本上与此次升级的组件相同，因此该项目的一部分将作为未来EIC探测器组件的原型，”阿森纳说
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