9.1 Краткое описание экспериментальных установок на коллайдере RHIC

    Коллайдер RHIC находится в Брукхейвенской национальной лаборатории (США) (см. рис. 33) и представляет собой туннель длиной 3.8 км, в котором расположены два идентичных кольца сверхпроводящих магнитов (400 диполей и 500 квадруполей) с шестью точками пересечений. В четырех точках находятся экспериментальные установки STAR, PHENIX, BRAHMS и PHOBOS. На коллайдере ускоряются ядра (протоны) с максимальной энергией 100 (250) ГэВ на нуклон. Средняя светимость пучков для AA-столкновений составляет L = 4·10²⁶ см^-2 сек^-1 = 0.4 мб^-1 сек^-1.

Рис. 33: Фотография комплекса ускорителей RHIC в Брукхейвенской национальной лаборатории (США).

    Эксперимент STAR (рис. 34) имеет большую время-пролетную камеру (ТРС) внутри соленодоидального магнита с радиусом 260 см и магнитным полем 0.5 Т. Радиус ТРС 200 см с полным перекрытием по азимутальному углу φ и с захватом по псевдобыстроте |η| < 1.4. ТРС позволяет идентифицировать частицы по потерям dE/dx и восстанавливать вторичные вершины для слабо распадающихся частиц. Дополнительное измерение траекторий обеспечивается внутренними силиконовыми дрейфовыми детекторами при средних |η| и торцевыми детекторами FTPC при 2.5 < |η| < 4. Имеются дополнительные детекторы при "нулевом" угле (ZDC) для специального отбора событий.
    Фотоны и электроны измеряются баррельными и торцевыми калориметрами (ЕМС) в области -1 < η < 2 и для всех φ. Установка STAR позволяет изучать многочастичные корреляции, реконструировать струи в pp-столкновениях, а также измерять выход странных и очарованных частиц.

Рис. 34: Экспериментальная установка STAR на коллайдере RHIC. [121].

    Эксперимент PHENIX (рис. 35) имеет хорошее разрешение по массе частиц и малую гранулированность детекторов из 13 подсистем (350000 каналов). Имеется 2 центральных спектрометра для электронов, фотонов и адронов в области |η| < 0.35 , ∆φ = π, 2 торцевых спектрометра для мюонов с |η| = 1.15÷1.25, ∆φ = π. 4 глобальных внутренних детектора используются для триггирования и отбора событий по центральности столкновения. Два типа ЕМС измеряют фотоны и электроны (позитроны). Заряженные адроны измеряются в центральном аксиальном магнитном поле 1.15 Т в дрейфовых камерах. Идентификация частиц π^±, К^±, p и по рекострукции треков с помощью время-пролетных детекторов. PHENIX предназначен для измерения "жестких проб" КХД, таких как адроны с большими p_T, "прямых" фотонов (не от распада адронов), лептонных пар и адронов с большими значениями ароматов.

Рис. 35: Экспериментальная установка PHENIX на коллайдере RHIC [122].

    Эксперимент BRAHMS (рис. 36) имеет 2 подвижных магнитных спектрометра. Перекрытие углов составляет 2.3^o < θ < 30^o с измерением импульсов до 35 ГэВ. Спектрометр средних быстрот перекрывает 30^o < θ < 95^o градусов. Имеется возможность идентифицировать адроны и измерять частицы при больших быстротах до у = 4. Два спектрометра состоят из 5 трековых камер, 5 магнитных диполей с полем до 1.5 Т, двух время-пролетных систем и кольцевых Черенковских детекторов. Установка BRAHMS позволяет охватить широкую область быстрот, но с малым количеством частиц в конкретном событии.

Рис. 36: Экспериментальная установка Broad Range Hadron Magnetic Spectrometer (BRAHMS) на коллайдере RHIC [123].

    Эксперимент PHOBOS (рис. 37) использует кремниевые детекторы и перекрывает почти полный телесный угол |η| < 11 для заряженных частиц). Он состоит из четырех подсистем: многоячеистой системы (Octagon, |η| < 3.2), кольца (|η| < 5.4), сегментированного вершинного детектора и двух плечевых магнитных спектрометров (поле 1.5 Т), включая время-пролетную систему детекторов и несколько триггерных детекторов. Идентификация частиц основана на времени пролета и на потерях энергии в кремниевых детекторах. Установка PHOBOS обеспечивает измерения глобальных характеристик процесса взаимодействия двух ядер с идентификацией частиц.

Рис. 37: Экспериментальная установка (PHOBOS) на коллайдере RHIC [124].