本文发表于《大众科学》的前博客网络，仅反映作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
在高能物理学界，一段时间以来，所有的目光都集中在欧洲，因为大型强子对撞机（LHC）断断续续地发展，并在2009年成为世界上最强大的原子粉碎机。但是，当LHC在日内瓦郊外的一条地下隧道中成型时，美国的对撞机却逐渐走向退役。2008年初，美国有四台对撞机；如果费米实验室的Tevatron按计划在2011年关闭，美国很快将只剩下一台：位于纽约州厄普顿的布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机（RHIC）。
RHIC物理学家埃德·奥布莱恩在3月10日提出了这一点，当时实验室人员带领一群记者参观了上周的长岛设施。RHIC将金离子（剥离了一些电子的原子）加速到接近光速，使它们在一个3.8公里长的环形轨道上运行——正如物理学家托德·佐藤加塔指出的那样，这大约相当于印第安纳波利斯赛车场的大小。RHIC是世界上最大的对撞机之一：相比之下，康奈尔大学最近退役的CESR对撞机周长为0.77公里，Tevatron的环形轨道为6.3公里，而庞大的LHC环形轨道为27公里。（与大型强子对撞机一样，RHIC在启动前也经历了一番世界末日的担忧，部分原因是一位物理学家弗兰克·维尔切克在1999年的《大众科学》上发表的随意言论。）
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道： 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事能够拥有未来。
在RHIC环形轨道周围的探测器中，顺时针的金离子束撞击逆时针的离子束，探测器跟踪亚原子碎片，以研究相互作用的物理学原理。由于对撞机因维护日而关闭，媒体团队得以窥探STAR[如上图所示]和PHENIX探测器的内部——这两个巨大的仪器将它们的腔室塞得满满当当，几乎无法看到全貌。
RHIC最近成为新闻，此前在二月份宣布，探测器中离子碰撞产生的夸克-胶子等离子体的温度达到约四万亿摄氏度。布鲁克海文物理学家彼得·斯坦伯格说，这种等离子体“比人类已知的任何流体都流动得更自由”，但它只持续yoctoseconds。等等——yoctoseconds？“我建议你查一下维基百科，”斯坦伯格补充道。就这样办了：yoctosecond是十万亿分之一秒，即10–24秒。
斯坦伯格指出，即使是如此猛烈的火球，考虑到它所填充的体积之小，也相对温顺。RHIC中的高速离子碰撞所包含的能量与两只蚊子在空中相撞的能量大致相同——蚊子碰撞速度慢得多，但昆虫的质量比原子大得多，这弥补了速度上的差异。从夸克-胶子等离子体中出现了一连串可识别的粒子，这使得RHIC物理学家能够解开yoctosecond尺度的过程，其中大部分是无法直接观察到的。“没有人见过夸克；你看不到胶子，”斯坦伯格说，并指出它们的存是在质子和中子等更大的复合粒子的行为中推断出来的。“我们生活着，”他补充说，“就好像它们以粒子的形式存在一样。”
RHIC的任务之一是研究质子的性质，特别是其量子力学自旋或角动量的起源，这恰好与电子的自旋或角动量相同，斯坦伯格称之为“完全怪异”的事实。自旋可能包裹在质子组成夸克的单独自旋中，也可能包裹在它们在质子结构内的轨道运动中。“自旋有很多地方可以存在，”斯坦伯格说，并补充说，物理学家看得越深入，情况就越模糊。“我认为，这是我见过的最令人惊奇的零结果之一，”他说。RHIC在其碰撞中用自旋极化质子取代金离子的能力，使其在研究核物理学的这个难题方面具有独特的优势，即使Tevatron和LHC拥有更强大的蛮力。
布鲁克海文的物理学家们深入参与了LHC及其支持基础设施的建设和运行，该实验室通过与三位目前驻扎在CERN（欧洲核子研究中心，运行LHC的欧洲实验室）的布鲁克海文物理学家进行视频聊天（尽管有些卡顿）证明了这一点。国内物理学家想要搭上欧洲所谓的“大爆炸机器”的顺风车是很自然的，人们对这台机器寄予厚望。“我们在LHC上解决的问题是我们所知的最基本的问题，”霍华德·戈登说，他是一位布鲁克海文物理学家，也是LHC的两个通用探测器之一ATLAS的美国项目办公室负责人。LHC研究人员希望解决的问题包括：寻找希格斯玻色子，这是一种假想粒子，它赋予其他粒子质量；识别暗物质粒子的特征，暗物质是一种神秘物质，它充满了宇宙，但尚未被直接观测到；以及寻找弦理论将需要的传统四维（三个空间维度，一个时间维度）之外的额外维度。戈登说，如果确实存在可以找到的额外维度，那么来自LHC的信号“将是明确无误的”。
在RHIC和LHC之间，布鲁克海文很快就会被PB级的实验数据淹没。该计算设施是美国两个LHC数据一级中心之一，这意味着它在网络层级结构上比CERN（零级中心）低一级。据布鲁克海文的奥弗·林德说，该设施大约有10,000个计算核心，排列在机架系统的库中，专门用于RHIC和ATLAS。该计算设施满负荷运转时，消耗约4.5兆瓦的电力，足以供约3,500个美国家庭使用。其中大部分电力都用于冷却系统，以带走计算机产生的废热——这始终是大型计算中心面临的挑战。“我们将电力转化为科学和热量，”林德说，“我不想说我们哪个做得更多。”
照片 © John Matson/大众科学