Во вторник Национальные академии наук, инженерии и медицины опубликовали доклад, в котором подробно одобряется новый проект ускорителя частиц под названием «Электронно-ионный коллайдер» (EIC). Подписание - это важный шаг к началу проекта и выводу физики элементарных частиц на новый уровень.
В отличие от Большого адронного коллайдера (LHC) в Европе, который разбивает протоны в протоны на скорости, близкой к скорости света, новая машина будет распылять высокоэнергетические пучки электронов в протоны или более тяжелые ионы, сообщает Адриан Чо из Science . Эти столкновения, как объясняет Чо сопредседатель доклада физик-ядерщик из Нотр-Дама Ани Апраамян, дают более четкие и простые для интерпретации результаты по сравнению с LHC и позволяют лучше понять, как кварки и глюоны внутри протонов и атомных ядер расположены.
Оказывается, хотя мы проделали довольно хорошую работу по выявлению новых элементарных частиц или осколков, составляющих протоны, нейтроны и атомы, нам все еще трудно выяснить, как они все сочетаются друг с другом. Мы до сих пор даже не знаем, как на самом деле выглядит протон или ядро.
Физик из Массачусетского технологического института Ричард Милнер говорит Дженнифер Чу из MIT News, что новый ускоритель сможет ответить на три основных вопроса. Первый - понять, откуда берется масса протона, поскольку он может быть в 100 раз больше массы кусочки и кусочки, которые он содержит. (Вес трех кварков, связанных друг с другом сильной ядерной силой, создаваемой глюонами, составляет всего 5 процентов от массы протона.) Во-вторых, исследователи надеются лучше понять концепцию углового момента или «вращения». В-третьих, EIC может помочь понять, как работают глюоны, частицы, которые удерживают вместе другие частицы. «Глюоны в материи немного похожи на темную материю во вселенной: невидимые, но играющие решающую роль», - говорит Милнер. «Электронно-ионный коллайдер потенциально может открыть новые состояния, возникающие в результате плотной упаковки многих глюонов в нуклонах и ядрах».
Две национальные лаборатории уже конкурируют за размещение ускорителя, хотя, вероятно, пройдет несколько лет, прежде чем Министерство энергетики официально запустит проект. Ожидается, что в рамках проекта будет модернизирован существующий ионный коллайдер в Брукхейвенской национальной лаборатории на Лонг-Айленде или электронный пучок в Национальной ускорительной лаборатории Томаса Джефферсона в Ньюпорт-Ньюс, Вирджиния. По словам Эдвина Картлиджа из Nature, в отчете Консультативного комитета по ядерной науке три года назад предполагалось, что проект будет стоить не менее 1 миллиарда долларов.
Сроки реализации проекта находятся под вопросом. Министерство энергетики, которое должно было бы построить объект, в настоящее время находится в процессе финансирования объекта стоимостью 730 миллионов долларов США по редким изотопным пучкам в Университете штата Мичиган, и, вероятно, не сможет управлять еще одним крупномасштабным проектом, пока он не будет завершен. в 2020 году.
Картлидж также указывает, что планы в Китае и в CERN в Европе в настоящее время также разрабатываются для электронно-ионных коллайдеров, и что этим трем группам, возможно, придется рассмотреть вопрос о сотрудничестве, чтобы запустить проект в ближайшее время. И еще есть история США с ускорителями частиц. В 1993 году Конгресс отменил сверхпроводящий суперколлайдер, ускоритель массивных частиц, который мог бы привести к открытию бозона Хиггса и других частиц за десятилетия до того, как он был обнаружен на LHC в 2012 году. То есть политика могла помешать EIC.
Чо сообщает, что это будет не первый построенный EIC. Версия проекта под названием «Кольцевой ускоритель электронов (HERA)» была проведена в Германии в период с 1992 по 2007 год и привела к открытию глюона. Американская версия коллайдера будет работать при более низких энергиях, но будет иметь количество столкновений от 100 до 1000, создавая экспоненциально больше данных.
Еще в 2015 году, когда влиятельный Консультативный комитет по ядерной науке публично одобрил строительство EIC, Дональд Джизаман, физик-ядерщик в Аргоннской национальной лаборатории в Иллинойсе и председатель NSAC, говорил о научной необходимости создания EIC, заявив: «Пока у нас нет EIC, есть огромные области ядерной физики, в которых мы не собираемся прогрессировать».
