本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，僅反映作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
在高能物理學界，一段時間以來，所有的目光都集中在歐洲，因為大型強子對撞機（LHC）斷斷續續地發展，並在2009年成為世界上最強大的原子粉碎機。但是，當LHC在日內瓦郊外的一條地下隧道中成型時，美國的對撞機卻逐漸走向退役。2008年初，美國有四臺對撞機；如果費米實驗室的Tevatron按計劃在2011年關閉，美國很快將只剩下一臺：位於紐約州厄普頓的布魯克海文國家實驗室的相對論重離子對撞機（RHIC）。
RHIC物理學家埃德·奧布萊恩在3月10日提出了這一點，當時實驗室人員帶領一群記者參觀了上週的長島設施。RHIC將金離子（剝離了一些電子的原子）加速到接近光速，使它們在一個3.8公里長的環形軌道上執行——正如物理學家託德·佐藤加塔指出的那樣，這大約相當於印第安納波利斯賽車場的大小。RHIC是世界上最大的對撞機之一：相比之下，康奈爾大學最近退役的CESR對撞機周長為0.77公里，Tevatron的環形軌道為6.3公里，而龐大的LHC環形軌道為27公里。（與大型強子對撞機一樣，RHIC在啟動前也經歷了一番世界末日的擔憂，部分原因是一位物理學家弗蘭克·維爾切克在1999年的《大眾科學》上發表的隨意言論。）
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道： 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事能夠擁有未來。
在RHIC環形軌道周圍的探測器中，順時針的金離子束撞擊逆時針的離子束，探測器跟蹤亞原子碎片，以研究相互作用的物理學原理。由於對撞機因維護日而關閉，媒體團隊得以窺探STAR[如上圖所示]和PHENIX探測器的內部——這兩個巨大的儀器將它們的腔室塞得滿滿當當，幾乎無法看到全貌。
RHIC最近成為新聞，此前在二月份宣佈，探測器中離子碰撞產生的夸克-膠子等離子體的溫度達到約四萬億攝氏度。布魯克海文物理學家彼得·斯坦伯格說，這種等離子體“比人類已知的任何流體都流動得更自由”，但它只持續yoctoseconds。等等——yoctoseconds？“我建議你查一下維基百科，”斯坦伯格補充道。就這樣辦了：yoctosecond是十萬億分之一秒，即10–24秒。
斯坦伯格指出，即使是如此猛烈的火球，考慮到它所填充的體積之小，也相對溫順。RHIC中的高速離子碰撞所包含的能量與兩隻蚊子在空中相撞的能量大致相同——蚊子碰撞速度慢得多，但昆蟲的質量比原子大得多，這彌補了速度上的差異。從夸克-膠子等離子體中出現了一連串可識別的粒子，這使得RHIC物理學家能夠解開yoctosecond尺度的過程，其中大部分是無法直接觀察到的。“沒有人見過夸克；你看不到膠子，”斯坦伯格說，並指出它們的存是在質子和中子等更大的複合粒子的行為中推斷出來的。“我們生活著，”他補充說，“就好像它們以粒子的形式存在一樣。”
RHIC的任務之一是研究質子的性質，特別是其量子力學自旋或角動量的起源，這恰好與電子的自旋或角動量相同，斯坦伯格稱之為“完全怪異”的事實。自旋可能包裹在質子組成夸克的單獨自旋中，也可能包裹在它們在質子結構內的軌道運動中。“自旋有很多地方可以存在，”斯坦伯格說，並補充說，物理學家看得越深入，情況就越模糊。“我認為，這是我見過的最令人驚奇的零結果之一，”他說。RHIC在其碰撞中用自旋極化質子取代金離子的能力，使其在研究核物理學的這個難題方面具有獨特的優勢，即使Tevatron和LHC擁有更強大的蠻力。
布魯克海文的物理學家們深入參與了LHC及其支援基礎設施的建設和執行，該實驗室透過與三位目前駐紮在CERN（歐洲核子研究中心，執行LHC的歐洲實驗室）的布魯克海文物理學家進行影片聊天（儘管有些卡頓）證明了這一點。國內物理學家想要搭上歐洲所謂的“大爆炸機器”的順風車是很自然的，人們對這臺機器寄予厚望。“我們在LHC上解決的問題是我們所知的最基本的問題，”霍華德·戈登說，他是一位布魯克海文物理學家，也是LHC的兩個通用探測器之一ATLAS的美國專案辦公室負責人。LHC研究人員希望解決的問題包括：尋找希格斯玻色子，這是一種假想粒子，它賦予其他粒子質量；識別暗物質粒子的特徵，暗物質是一種神秘物質，它充滿了宇宙，但尚未被直接觀測到；以及尋找弦理論將需要的傳統四維（三個空間維度，一個時間維度）之外的額外維度。戈登說，如果確實存在可以找到的額外維度，那麼來自LHC的訊號“將是明確無誤的”。
在RHIC和LHC之間，布魯克海文很快就會被PB級的實驗資料淹沒。該計算設施是美國兩個LHC資料一級中心之一，這意味著它在網路層級結構上比CERN（零級中心）低一級。據布魯克海文的奧弗·林德說，該設施大約有10,000個計算核心，排列在機架系統的庫中，專門用於RHIC和ATLAS。該計算設施滿負荷運轉時，消耗約4.5兆瓦的電力，足以供約3,500個美國家庭使用。其中大部分電力都用於冷卻系統，以帶走計算機產生的廢熱——這始終是大型計算中心面臨的挑戰。“我們將電力轉化為科學和熱量，”林德說，“我不想說我們哪個做得更多。”
照片 © John Matson/大眾科學