We wtorek National Academies of Sciences, Engineering and Medicine opublikowało raport, w którym wyraził pełne poparcie dla nowego projektu akceleratora cząstek o nazwie Zderzacz elektronów (EIC). Wypisanie się to znaczący krok w kierunku podniesienia projektu z ziemi i przeniesienia fizyki cząstek na wyższy poziom.
W przeciwieństwie do dużego zderzacza hadronów (LHC) w Europie, który rozbija protony w protony z prędkością bliską prędkości światła, nowa maszyna tryska wiązki wysokoenergetycznych elektronów w protony lub cięższe jony, donosi Adrian Cho at Science . Kolizje te, fizyk nuklearny Notre Dame, Ani Aprahamian, współprzewodniczący raportu, wyjaśnia Cho, dają czystsze i łatwiejsze do interpretacji wyniki w porównaniu z LHC i lepiej sprawdzają, w jaki sposób kwarki i gluony w protonach i jądrach atomowych są zorganizowane.
Okazuje się, że chociaż wykonaliśmy całkiem niezłą robotę w identyfikowaniu nowych cząstek elementarnych lub kawałków, które składają się na protony, neutrony i atomy, nadal mamy trudności z ustaleniem, jak wszystkie one pasują do siebie. Nadal nie wiemy nawet, jak naprawdę wygląda proton lub jądro.
Richard Milner, fizyk z MIT, powiedział Jennifer Chu z MIT News, że nowy akcelerator będzie w stanie odpowiedzieć na trzy główne pytania: Pierwsze polega na zrozumieniu, skąd pochodzi masa protonu, ponieważ może on być nawet 100 razy większy niż masa kawałki i części, które zawiera. (Ciężar trzech kwarków połączonych ze sobą silną siłą jądrową wytwarzaną przez gluony stanowi zaledwie 5 procent masy protonu.) Po drugie, badacze mają nadzieję lepiej zrozumieć pojęcie momentu pędu lub „spinu”. Po trzecie, EIC może pomagają odkryć, jak działają gluony, cząstki, które utrzymują razem inne cząstki. „Gluony w materii przypominają ciemną materię we wszechświecie: niewidoczne, ale odgrywają kluczową rolę” - mówi Milner. „Zderzacz elektronów i jonów potencjalnie ujawniłby nowe stany wynikające z bliskiego upakowania wielu gluonów w nukleonach i jądrach.”
Dwa krajowe laboratoria już konkurują o przyjęcie akceleratora, choć prawdopodobnie minie kilka lat, zanim Departament Energii oficjalnie rozpocznie projekt. Oczekuje się, że projekt zmodernizuje istniejący zderzacz jonów w Brookhaven National Laboratory na Long Island lub wiązkę elektronów w Thomas Jefferson National Accelerator Laboratory w Newport News, Wirginia. Według Edwina Cartlidge'a z Nature, raport Komitetu Doradczego ds. Nauki Jądrowej trzy lata temu sugerował, że projekt kosztowałby co najmniej 1 miliard dolarów.
Oś czasu projektu jest kwestionowana. Departament Energii, który zbudowałby obiekt, jest obecnie w trakcie finansowania 730 milionów dolarów na rzadkie wiązki izotopowe na Uniwersytecie Stanowym w Michigan i prawdopodobnie nie będzie w stanie zarządzać innym dużym projektem, dopóki nie zostanie to zakończone w 2020 r.
Cartlidge wskazuje również, że plany w Chinach i w CERN w Europie są obecnie odrzucane także w odniesieniu do zderzaczy elektronowo-jonowych i że te trzy grupy mogą potrzebować rozważyć współpracę, aby w najbliższym czasie rozpocząć projekt. A potem Stany Zjednoczone pełne historii z akceleratorami cząstek. W 1993 r. Kongres anulował Superkondukcyjny Super Zderzacz, masywny akcelerator cząstek, który doprowadziłby do odkrycia bozonu Higgsa i innych cząstek na dziesięciolecia, zanim odkryto go w LHC w 2012 roku. Innymi słowy, polityka mogłaby przeszkodzić EIC.
Cho informuje, że nie byłby to pierwszy skonstruowany EIC. Wersja projektu o nazwie Hadron-Electron Ring Accelerator (HERA) została przeprowadzona w Niemczech w latach 1992-2007 i doprowadziła do odkrycia gluonu. Amerykańska wersja zderzacza działałaby przy niższych energiach, ale miałaby od 100 do 1000 liczby zderzeń, generując wykładniczo więcej danych.
W 2015 roku, kiedy wpływowy Komitet Doradczy ds. Nauki Jądrowej publicznie poparł budowę EIC, Donald Geesaman, fizyk jądrowy w Argonne National Laboratory w Illinois i przewodniczący NSAC, powiedział o naukowej potrzebie stworzenia EIC, oświadczając: „Dopóki nie będziemy mieli EIC, istnieją ogromne obszary fizyki jądrowej, w których nie zamierzamy robić postępów”.
