只是今年的比賽開始之前在相對論重離子對撞機(RHIC)——美國能源部科學辦公室核物理研究使用者裝置能源部布魯克海文國家實驗室的團隊的科學家,工程師,技術人員,學生完成了重要的新元件的安裝對撞機的明星探測器。這個房子大小的粒子跟蹤器(RHIC的螺線管跟蹤器)捕捉原子核碰撞時產生的亞原子碎片，這樣科學家就可以瞭解物質的組成部分。新元件將增強恆星追蹤粒子噴流的能力，這種噴流以一個極端的“向前”方向出現，也就是接近粒子碰撞時所經過的束線。

正向噴射探測對於瞭解質子和中子的內部成分——夸克和膠子——如何對這些物質的整體屬性做出貢獻是很重要的。

“噴流是夸克和膠子的絕佳替代品，”布魯克海文實驗室的物理學家Elke-Caroline Aschenauer說，他是星前升級專案的負責人。“如果你測量了構成射流的所有粒子的能量，那麼你基本上就知道了碰撞過程中產生射流的夸克或膠子的一切——它的能量、方向和自旋。”透過測量許多噴射流，科學家可以繪製出質子的三維結構，包括內部夸克和膠子的排列和自旋。

在明年進行RHIC高能實驗之前，新裝置不會被用於物理測量。但是在今年的低能量執行中安裝了兩種主要的熱量計，物理學家有機會校準裝置並解決任何問題。

Aschenauer說:“我們可以利用這段時間讓所有的資料採集系統執行起來，測試讀取通道，並啟動我們的觸發裝置。”該系統可以在幾秒鐘內決定記錄哪些碰撞，丟棄哪些碰撞。

時空分開

在全球大流行的背景下，趕在今年RHIC啟動的最後期限前完成任務並非易事。

加州大學洛杉磯分校的STAR使用者Oleg Tsai說:“我們希望有大量的STAR實驗的學術‘使用者’，他們的學生去布魯克海文組裝和安裝元件，但有了COVID病毒，這變得非常複雜。”他是forward探測器設計背後的創造性思維。

相反，該專案作為一種被空間和時間分隔開的合作而向前發展。

蔡說:“全國各地大學的明星使用者與學生一起建造和測試元件，其中包括一些住得離家太遠而在封鎖期間不能旅行的學生。”

為了保持社交距離，“我們很自然地分成早組和下午組，”在加州大學河濱分校(University of California, Riverside)幫助組裝零部件的研究生戴維·卡普奇揚(David Kapukchyan)說。“我們必須給彼此留便條，這樣每個小組都知道他們在實驗室裡要做什麼。”

他補充說:“這次經歷讓我對這種尺寸的探測器是如何組裝的以及建造它們所需要的工作量有了深刻的認識。”

斯科特Wissink滿意的一個關鍵目標,一個明星使用者和印第安納大學物理學教授,他協調提案透過美國國家科學基金會資助這項工作的主要研究工具(MRI)計劃,具體包括支援學生參與十大學組成專案財團。

他說:“除了購買材料和裝置外，我們還要求撥款支援各大學所需的技術人員，特別是為學生提供機會，讓他們參與零部件的測試和組裝。”“這一經驗不僅將確保我們擁有進行測量的正確裝置，還將為他們領導下一代物理實驗做好準備。”

輔助組裝

這些作品是從世界各地——印第安納州、賓夕法尼亞州、加利福尼亞州、伊利諾伊州、德克薩斯州——甚至是中國和日本——生產和運送的。當我們沒有廁紙的時候，我們得到了閃爍體。”他描述了一種探測光粒子的特殊塑膠。然後，所有的部件——數以萬計的部件——必須像樂高一樣一層一層地組裝和安裝，她說。

一些學生最終能夠提供幫助。

“在新冠病毒流行之前，我就計劃來布魯克海文讀博士，”加州大學河濱分校的另一名研究生Erik Loyd說。“雖然我的旅行一開始被推遲了，但我最終搬到了紐約，隔離了一個月，然後來到實驗室幫助安裝。”

但由於學生數量比平時少得多，專案負責人向布魯克海文的Beam & Experimental Services (B&ES)小組和Collider-Accelerator Support (CAS)小組的技術人員尋求額外的幫助。

Brendan Hoy, CAS的一名成員，指出他的小組的24小時職責通常包括對實時裝置問題作出反應——故障排除和對諸如電源和磁鐵之類的東西進行糾正性維護——以及建造、安裝和維護綜合設施周圍的各種電子系統。他說:“我們所做的維護明星電源的工作，以及我定期分配的以電子裝置為中心的工作，都與這個探測器的安裝有關。”“考慮到2020年給我們所有人帶來的獨特的困難環境，我找到了一個機會，在我的正常職責範圍之外從事一個專案，這是一個受歡迎的機會。”

“碰撞加速器部門(CAD)的技術人員與STAR技術支援小組合作，在安裝量熱計及其支撐結構方面做得非常好，”STAR的總工程師Rahul Sharma說。這項工作比最初預期的速度快了一倍，各小組在上午和下午輪流工作，將多層探測器塊堆疊起來。在三個多月的時間裡試圖協調所有這些來完成安裝是一個真正的挑戰。”

“在如此緊張的地點和時間範圍內建造這些探測器，我們必須克服許多挑戰，”非法入侵技術人員特拉維斯·赫布斯特(Travis Herbst)說。“由於空間有限，我們不得不安裝臨時傳送帶，使我們能夠轉移近10,000個重達15噸的鋼吸收體塊和20,000個用於將它們固定在梁線下的銷，這樣我們就可以在兩側建造探測器。”

另一名B&ES技術員Adrian Timon補充道:“在安裝探測器所需的所有工作時間裡，我們還必須保持社交距離，同時檢查並清理所有模組和插腳上的碎片或殘缺，因為這些缺陷可能會導致探測器的內部結構出現問題。”

加州大學河濱分校的Kapukchyan說:“對我來說，最令人驚訝的是這些描述熱量計的小細節，你不會在教科書上讀到。”他也到長島參加了這次集會。“你讀了粒子如何失去能量的物理知識，以及如何計算能量，但所有這些微小的結構細節，比如如何正確開啟電纜，都被忽略了。”參與(這個專案的所有階段)對我來說是一次很棒的經歷，也肯定會對我未來的工作有所幫助，”他說。

推動科學發展

在今年的執行之後，現在已經完成的樂高式量熱計元件將會加入一些額外的元件——兩種用於識別不同電荷粒子的跟蹤探測器。然後，整個系統將準備好在2022年RHIC執行中收集物理資料。

布魯克海文實驗室的物理學家埃爾克·卡羅琳·阿什瑙爾(Elke Caroline Aschenauer)領導著明星前鋒升級專案。

熱量計和追蹤器位於恆星探測器筒狀時間投射室的一端，它們將捕捉到以非常接近RHIC光束線的角度出現的噴射流，這些噴射流從筒狀時間投射室的一端流出。研究這些特殊的噴流非常重要，因為它們讓科學家能夠接觸到夸克和膠子，而夸克和膠子所攜帶的質子(或原子核)總動量的百分比要麼很高，要麼很低。

由構成質子的三種主要價態夸克散射而產生的噴流攜帶了粒子總體動量的很大一部分。但是質子比那三個主要夸克要複雜得多。裡面有一個夸克和反夸克對的微觀世界，它們在這裡飛來飛去。膠子更為神秘，因為它們把夸克粘在一起，所以得名膠子。它們分裂、繁殖，在高能量時，可能完全支配質子的結構。每一個膠子都只佔質子總動量的很小一部分。但是由於質子的數量如此之多，科學家們相信它們的共同影響在質子特性的建立中起著巨大的作用。因此才有了研究由這些“低動量分數”膠子產生的射流的動機。

“這些測量將幫助我們尋找證據表明金離子碰撞在RHIC成為膠子的密集的牆壁,和這個飽和狀態的膠子負責質子自旋等關鍵屬性和質量,所顯示的許多發現在RHIC我們已經觀察到,“Aschenauer說。

這些測量也將有助於為未來的電子對撞機(EIC)的噴氣追蹤打下基礎。EIC是美國能源部(DOE)在布魯克海文實驗室與托馬斯·傑斐遜國家加速器設施(傑斐遜實驗室)合作建造的最新最先進的核物理設施，旨在將科學家的研究範圍擴大到核物理的前沿領域。