상대론적 중이온 충돌기(Relativistic Heavy Ion Collider, RHIC)는 미국 뉴욕주 뉴욕리버밸리(NY)의 브루크헤이븐 국립연구소(Brookhaven National Laboratory, BNL) 내에 설치된 입자 가속·충돌 장치이다. 1999년에 가동을 시작한 RHIC는 양성자와 중이온(특히 금 이온, 납 이온 등)을 거의 빛의 속도에 가까운 상대론적 속도로 가속시켜 서로 충돌시키는 것을 목적으로 한다.
주요 목적은 고온·고밀도 상태의 강입자 물질인 쿼크-글루온 플라즈마(Quark–Gluon Plasma, QGP)를 생성·관찰함으로써, 빅뱅 직후 우주가 가졌던 물리적 조건을 재현하고 강력한 상호작용(강한 상호작용)의 근본적인 특성을 연구하는 데 있다. 이를 통해 입자물리학·핵물리학의 표준 모델에 대한 검증과 새로운 현상의 탐색이 가능해진다.
RHIC는 두 개의 원형 가속고리(각 지름 약 3.8 km)로 구성되어 있으며, 각 고리에는 수천 개의 초전도자석이 배치되어 입자를 궤도에 유지한다. 가속된 입자는 충돌점에서 충돌하며, 충돌 후 발생하는 다양한 입자와 방사선을 탐지하기 위해 PHENIX, STAR, BRAHMS, PHOBOS 등 여러 검출기가 설치되어 있다.
RHIC는 이후 LHC(Large Hadron Collider)의 중이온 충돌 실험과 상호 보완적인 역할을 수행하고 있다. LHC는 보다 높은 에너지(최대 5.02 TeV/핵)에서 충돌을 진행하지만, RHIC는 상대적으로 낮은 에너지 구간(최대 200 GeV/핵)에서 정확한 온도·밀도 조절이 가능해 QGP의 상전이와 물성 연구에 특화된 데이터를 제공한다.
관련 문헌 및 공식 정보:
- Brookhaven National Laboratory, “Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC)”, https://www.bnl.gov/rhic/
- National Nuclear Physics Laboratory, “RHIC Overview”, https://www.rhic.bnl.gov/
- K. Adcox et al., “Formation of dense partonic matter in relativistic nucleus–nucleus collisions at RHIC”, Nucl. Phys. A 757 (2005) 184‑283.
위와 같이 상대론적 중이온 충돌기는 실제로 존재하는 고에너지 물리 실험 장치이며, 핵 및 입자 물리학 연구에 중요한 역할을 수행하고 있다.
