相對論性重離子對撞機（relativistic heavy ion collider，RHIC）是全球第一座重離子對撞機，也是唯一的一座自旋 極化質子對撞機。RHIC 由美國布魯克黑文國家實驗室負責管理和運營，位於紐約州。它是美國唯一執行中的，也是目前全世界僅有的兩座執行中的重離子對撞機之一，另一座是歐洲核子研究組織擁有的大型離子對撞機實驗。 RHIC 可將重離子加速至接近光速後發生碰撞，實驗產生高溫和高壓。物理學者相信可以利用它研究宇宙在大爆炸發生不久後的物態，比如夸克 膠子等離子體。 截至 2019 年，RHIC 是世界第二高能量的重離子對撞機，僅次於歐洲核子研究組織的大型強子對撞機（LHC）。2010 年 11 月 7 日，LHC 在鉛離子的對撞中觀測到了更高的能量，並至今保持這一紀錄。但是，重離子對撞只是 LHC 的實驗之一。LHC 可用於重離子對撞的時間被限制在每年一個月左右。 2010 年，RHIC 公佈了早期實驗的溫度測量結果。在金離子對撞實驗中，觀測到了的溫度，相當於 4 萬億開爾文或 7 萬億華氏度。這導致了我們所熟知物態的徹底解體，可能產生了類似液體的夸克 膠子等離子體。 2020 年 1 月，美國能源部科學辦公室決定，在現有 RHIC 設施的基礎上進行升級並建設（EIC）。這一升級將歷時十年，並耗資 16 到 26 億美元。US Department of Energy Selects Brookhaven National Laboratory to Host Major New Nuclear Physics Facility 2020 升級工程於 2020 年 9 月 18 日正式開工。 加速器 RHIC 擁有兩個獨立的儲存環，分別標記為藍環和黃環。重離子和 或極化的質子以相反的方向加速，可自由選擇對撞幾乎任何帶正電荷的離子（未來的 EIC 升級將允許對撞正負離子），並將原子核繞著圓環加速到逼近光速。RHIC 的雙儲存環均呈六邊形，周長為 3834 米，使用 1740 個鈮 鈦導體的超導磁鐵對其中儲存的粒子進行偏轉和聚焦。這些的磁通量密度為。 重離子在電子束離子源加速器（EBIS）中產生，進入圓形輔助加速器（booster），經加速後進入交變梯度同步加速器（AGS），然後透過光束線將重離子注入 RHIC 的兩個環。在 RHIC 中，重離子束受到無線電波的加速，並在環內執行一段時間，為對撞做準備。RHIC 還可以進行偏振質子的對撞實驗。偏振質子在中產生，然後在輔助加速器、AGS 和 RHIC 中進一步加速後對撞。和兩個大型實驗分別位於 RHIC 儲存環的 6 點和 8 點位置。PHENIX 實驗目前正在進行升級，未來將成為 sPHENIX。 以金原子為例：中性金原子中共有 79 個電子。在離開離子源加速器 EBIS 時，每個金離子的動能為，帶有 32 個正電荷。在圓形輔助加速器中，每個金離子被加速到的動能，並進一步被剝離 43 個電子。帶有 77 個正電荷的金離子被注入到 AGS 中。它們最終達到的動能，且外層電子被全數剝離。這時，金原子核 mathrm Au79 可以透過轉移線（AtR）注入到 RHIC 儲存環中，可以開始對撞。 RHIC 已探索過的對撞粒子組合包括 mathrm pp、mathrm pAl13、mathrm pAu79、mathrm _12HAu79、mathrm _24He4Au79、mathrm Cu29Cu29、mathrm Cu29Au79、mathrm Zr40Zr40、mathrm Ru44Ru44、mathrm Au79Au79 和 mathrm U92U92。對撞粒子的速度通常為光速的 99995。對於 mathrm Au79Au79，對撞時質心能量通常是每對核到之間。 RHIC 平均亮度（單位截面碰撞的頻率）的設計目標是。目前 mathrm Au79Au79 對撞的平均亮度已達到，是設計值的 44 倍。 透過可大幅提高重離子對撞的亮度。 RHIC 的獨特之處在於它能夠對撞極化質子。目前 RHIC 保持著能量最高的極化質子束記錄。極化質子被注入 RHIC，並在加速過程中保持一直極化。這項任務藉助於被戲稱為 西伯利亞蛇 的 4 個螺旋二極磁鐵來完成。 2009 年 2 月 12 日，RHIC 的第九次執行（Run9）實現了的質心能量。 在第十三次執行中，mathrm pp 對撞的平均亮度達到了，時間和強度平均偏振率為 52。 部分實驗結果 最初，RHIC 的理論物理學者急於宣佈他們的實驗發現了夸克 膠子等離子體（如：Gyulassy McLarren ）。但是實驗物理學者較為謹慎，稱仍需進一步確認。 很多物理學者猜測，夸克 膠子等離子體是一種只參與弱相互作用的等離子體。目前的結果表明，RHIC 實驗產生的物質是一種粘度接近量子理論極限的流體，但與猜測的等離子體不同。 RHIC Experimental Evaluations 2004 對 RHIC 頭三年收集的資料進行了綜述，以評估當前資料是否發現了新物態。 2010 年 2 月 16 日，發表在物理評論快報上的一篇論文稱，RHIC 發現了對稱性轉換的可能徵兆。觀測結果表明，離子在 RHIC 中對撞後形成的氣泡可能違反了宇稱對稱性，而宇稱對稱性通常是夸克和膠子之間色荷相互作用的特徵之一。 對高能物理實驗的批評 RHIC 執行之前，有批評者認為其極高的能量可能會產生災難性的後果，比如創造出黑洞、過渡到不同的量子力學真空態 參見假真空，或創造出比普通物質更穩定的奇異物質。 這些假說千奇百怪。許多人預測地球將由於 RHIC 的實驗在幾秒鐘到幾千年的時間內毀滅。然而，太陽系的天體（如月球）被能量明顯高於 RHIC 和其它人造對撞機的高能粒子轟擊了幾十億年，卻沒有造成任何傷害。這證明這些假說缺乏根據。 另一個爭議問題是批評者要求物理學者證明這種災難性結果的發生機率為零。但物理學家無法證明這一點。關於 RHIC 粒子加速器可能引發的災難，媒體上多有討論。 And reply by F Wilczek 有人説，RHIC 引發末日情景的風險至少有五千萬分之一的可能性。Cf Brookhaven National Laboratory Report mentioned by Martin Rees Baron Rees of LudlowRees Martin Lord Our Final Century Will the Human Race Survive the Twentyfirst Century UK 2003 note that the mentioned 1 in 50 million chance is disputed as being a misleading and played down probability of the serious risks Aspden UK 2006 關於 RHIC 可能產生奇異夸克團，牛津大學物理學教授弗蘭克克洛斯表示，這種情況發生的機率就像你連續 3 週中彩票的大獎一樣。但問題是人們相信連續 3 週中彩票是可能的。經過詳細的研究，科學家們認為，第一，RHIC 的重離子實驗不會危及地球； 第二，存在有力的經驗證據説明 RHIC 不可能產生危險的奇異夸克團。 這場爭論以布魯克黑文國家實驗室委員會釋出最終報告收場。該報告排除了 RHIC 引發災難的可能性。 但該報告承認，高速宇宙射線撞擊產物在穿越地球時與 靜止 的 RHIC 產物相比，可能有不同的表現。另外，報告也同意高能質子與地球或月球的碰撞與 RHIC 的金離子對撞可能存在本質上的不同。隨後反對者試圖在舊金山和紐約發起聯邦訴訟來阻止 RHIC 的實驗但沒有成功，兩起訴訟分別被駁回。但法庭表示，如果事件有進一步發展，允許原告重新提告。United States District Court Eastern District of New York Case No 00CV1672 Walter L Wagner vs Brookhaven Science Associates LLC 2000 United States District Court Northern District of California Case No C992226 Walter L Wagner vs US Department of Energy et al 1999 財務資訊 RHIC 專案由美國能源部、科學辦公室、核物理學辦公室資助。2003 年，其專案預算為 6166 億美元。 2006 財政年度的業務預算比前一年減少了 1610 萬美元，達到 1155 億美元。該年度運營成本的一個部分（1300 萬美元）來自於私人贊助，據信該資金來源和華爾街對衝基金文藝複興科技公司有密切關系。 2012 年底，美國核科學諮詢委員會（NSAC）向能源部科學辦公室和國家科學基金會提出建議，如果未來四年的核科學預算繼續沒有增長，如何實施 2007 年制定的核科學長期計劃。國家科學諮詢委員會傾向於關閉 RHIC，而不是取消稀有同位素束設施（FRIB）的建設。 2015 年 10 月，預算狀況有所改善，RHIC 在下一個十年中可以繼續運作。 小說中的 RHIC 美國作家的科幻小說《宇宙》（Cosm，）發生在 RHIC。該小説主人公 Alicia Butterworth 是一名物理學家。她在 RHIC 用鈾離子對撞時，意外創造了一個新的宇宙。 美國作家的小說中，RHIC 對撞實驗的副作用是該小說及其續集《死人城》（City of the Dead）中僵屍起義的直接原因。 在美國作家的《雷洛利亞的記憶》（Raylorias Memory）系列小說第一部《雷洛利亞的黎明》（Raylorian Dawn，）的開頭說，每個月球城及其空間站都由 RHIC 提供動力。 參見 大型強子對撞機 來源 延伸閲讀 Preprints are available at BRAHMS PHENIX PHOBOS STAR 外部連結 Brookhaven National Laboratory ColliderAccelerator Department Relativistic Heavy Ion Collider Relativistic Heavy Ion Collider at Google Maps RHIC Run Overview Category 粒子加速器 Category 美國實驗室 Category 美國能源部國家實驗室