Den ledande teorin om hur universum började är Big Bang, som säger att universum för 14 miljarder år sedan existerade som en singularitet, en endimensionell punkt, med ett stort utbud av grundläggande partiklar inuti den. Extremt hög värme och energi fick det att blåsa upp och sedan expandera till kosmos som vi känner det - och, expansionen fortsätter till denna dag.

Det första resultatet av Big Bang var en intensivt het och energisk vätska som fanns för bara mikrosekunder som var cirka 10 miljarder grader Fahrenheit (5,5 miljarder Celsius). Denna vätska innehöll inget mindre än byggstenarna i all materia. När universum svalnade, partiklarna förfallna eller kombinerade vilket ger upphov till ... tja, allt.

Quark-gluonplasma (QGP) är namnet på denna mystiska substans så kallad eftersom den består av kvarker-de grundläggande partiklarna-och gluoner, som fysikern Rosi J. Reed beskriver som "vilka kvarker använder för att prata med varandra."

Forskare gillar Reed, en biträdande professor vid institutionen för fysik vid Lehigh University vars forskning omfattar experimentell högenergifysik, kan inte gå tillbaka i tiden för att studera hur universum började. Så de återskapar omständigheterna, genom att kollidera tunga joner, som guld, med nästan ljusets hastighet, skapa en miljö som är 100, 000 gånger varmare än solens inre. Kollisionen härmar hur kvark-gluonplasma blev materia efter Big Bang, men omvänt:värmen smälter jonernas protoner och neutroner, släppa kvarkerna och gluonerna gömda inuti dem.

Det finns för närvarande bara två operativa acceleratorer i världen som kan kollidera tunga joner - och bara en i USA:Brookhaven National Labs Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC). Det är ungefär en tre timmars bilresa från Lehigh, i Long Island, New York.

Reed är en del av STAR Collaboration, en internationell grupp forskare och ingenjörer som kör experiment på Solenoidal Tracker på RHIC (STAR). STAR -detektorn är massiv och består faktiskt av många detektorer. Det är lika stort som ett hus och väger 1, 200 ton. STARs specialitet spårar tusentals partiklar som produceras vid varje jonkollision vid RHIC på jakt efter signaturerna av kvark-gluonplasma.

"När vi kör experiment finns det två" rattar "vi kan ändra:arten - som guld på guld eller proton på proton - och kollisionenergin, "säger Reed." Vi kan accelerera jonerna olika för att uppnå olika förhållande mellan energi och massa. "

Med hjälp av de olika STAR -detektorerna, laget kolliderar joner vid olika kollisionsenergier. Målet är att kartlägga kvark-gluonplasmas fasdiagram, eller de olika övergångspunkterna när materialet förändras under varierande tryck- och temperaturförhållanden. Kartläggning av kvark-gluonplasmas fasdiagram kartlägger också den kärnkraftiga kraften, annars känd som Quantum Chromodynamics (QCD), vilket är kraften som håller positivt laddade protoner tillsammans.

"Det finns ett gäng protoner och neutroner i mitten av en jon, "förklarar Reed." Dessa är positivt laddade och bör avvisa, men det finns en "stark kraft" som håller dem ihop? tillräckligt starka för att övervinna deras tendens att gå isär. "

Förstå kvark-gluonplasmas fasdiagram, och platsen och existensen för fasövergången mellan plasma och normal materia är av grundläggande betydelse, säger Reed.

"Det är ett unikt tillfälle att lära sig hur en av de fyra grundläggande naturkrafterna fungerar vid temperatur och energitäthet liknande dem som fanns endast mikrosekunder efter Big Bang, säger Reed.

Uppgradera RHIC -detektorerna för att bättre kartlägga den "starka kraften"

STAR -teamet använder en Beam Energy Scan (BES) för att utföra fasövergångskartläggningen. Under projektets första del, känd som BES-I, laget samlade observerbara bevis med "spännande resultat". Reed presenterade dessa resultat vid det femte gemensamma mötet i APS Division of Nuclear Physics och Physical Society of Japan på Hawaii i oktober 2018 i ett föredrag med titeln:"Testa kvark-gluonplasmagränserna med energi och artskanningar vid RHIC."

Dock, begränsad statistik, godkännande, och dålig händelseplanupplösning tillät inte fasta slutsatser för en upptäckt. Projektets andra fas, känd som BES-II, går framåt och innehåller en förbättring som Reed arbetar med med STAR -teammedlemmar:en uppgradering av händelseplandetektorn. Medarbetare inkluderar forskare vid Brookhaven samt vid Ohio State University.

STAR -teamet planerar att fortsätta köra experiment och samla in data under 2019 och 2020, med den nya händelseplansdetektorn. Enligt Reed, den nya detektorn är utformad för att exakt lokalisera var kollisionen sker och hjälper till att karakterisera kollisionen, specifikt hur "head on" det är.

"Det kommer också att bidra till att förbättra mätfunktionerna för alla andra detektorer, säger Reed.

STAR -samarbetet förväntar sig att köra sina nästa experiment på RHIC i mars 2019.