Электрон-ионный коллайдер
Электрон -ионный коллайдер ( EIC ) — это тип -ускорителя частиц коллайдера , предназначенный для столкновения спин-поляризованных пучков электронов и ионов с целью детального изучения свойств ядерной материи посредством глубоконеупругого рассеяния . В 2012 году был опубликован официальный документ [ 1 ] была опубликована работа, в которой предлагалось разработать и построить ускоритель EIC, а в 2015 году Консультативный комитет по ядерной науке Министерства энергетики (NSAC) назвал строительство электрон-ионного коллайдера одним из главных приоритетов на ближайшее будущее в ядерной физике в Соединенные Штаты. [ 2 ]
В 2020 году Министерство энергетики США объявило, что в течение следующих десяти лет в Брукхейвенской национальной лаборатории (BNL) в Аптоне, штат Нью-Йорк , будет построен EIC, ориентировочная стоимость которого составит от 1,6 до 2,6 миллиарда долларов. [ 3 ]
18 сентября 2020 года в BNL состоялась церемония перерезания ленточки, официально положившая начало разработке и строительству EIC. [ 4 ]
Предлагаемые конструкции
[ редактировать ]В США Брукхейвенская национальная лаборатория имеет заявленный проект EIC, который планируется построить в десятилетии 2020 года. В Европе у ЦЕРН есть планы по созданию LHeC . Существуют также китайские и российские планы создания электрон-ионного коллайдера.
ЭРХИК
[ редактировать ]Концептуальный проект Брукхейвенской национальной лаборатории, eRHIC, предлагает модернизировать существующий релятивистский коллайдер тяжелых ионов , который сталкивает пучки света с тяжелыми ионами, включая поляризованные протоны, с установкой для поляризованных электронов. [ 5 ] энергетики США, объявил, 9 января 2020 года Пол Даббар, заместитель министра науки Министерства что проект BNL eRHIC был выбран вместо концептуального проекта, предложенного Национальным ускорительным центром Томаса Джефферсона, в качестве проекта будущего EIC. в Соединенных Штатах. Помимо выбора места, было объявлено, что BNL EIC приобрела CD-0 (необходимость миссии) у Министерства энергетики. [ 3 ]
LHeC
[ редактировать ]LHeC с будет использовать существующий ускоритель LHC и добавит ускоритель электронов для столкновения электронов адронами . [ 6 ] [ 7 ]
Технические проблемы
[ редактировать ]поляризация
[ редактировать ]Чтобы понять спиновую зависимость электрон-нуклонных столкновений, как ионный пучок, так и электронный пучок должны быть поляризованы. Достижение и поддержание высокого уровня поляризации является непростой задачей. Нуклоны и электроны создают разные проблемы. На поляризацию электронов влияет синхротронное излучение . При этом возникает как самополяризация за счет эффекта Соколова-Тернова, так и деполяризация за счет эффектов квантовых флуктуаций . Если игнорировать влияние синхротронного излучения, движение спина следует уравнению Томаса БМТ .
Достижение высокой яркости
[ редактировать ]Светимость . определяет скорость взаимодействия между электронами и нуклонами Чем слабее мода взаимодействия, тем более высокая светимость требуется для адекватного измерения процесса. Светимость обратно пропорциональна произведению размеров лучей двух сталкивающихся видов, а это означает, что чем меньше эмиттанс лучей , тем больше светимость. В то время как эмиттанс электронного пучка (для накопителя) определяется равновесием между затуханием и диффузией синхротронного излучения, эмиттанс ионного пучка определяется первоначально введенным значением. Эмиттанс ионного пучка можно уменьшить с помощью различных методов охлаждения пучка , таких как электронное охлаждение или стохастическое охлаждение . Кроме того, необходимо учитывать эффект внутрилучевого рассеяния , который в значительной степени является эффектом нагрева.
Научная цель
[ редактировать ]Электрон-ионный коллайдер позволяет исследовать субструктуру протонов и нейтронов с помощью электрона высокой энергии. Протоны и нейтроны состоят из кварков , взаимодействующих посредством сильного взаимодействия, опосредованного глюонами . Общей областью, охватывающей изучение этих фундаментальных явлений, является ядерная физика , при этом общепринятой основой низкого уровня является квантовая хромодинамика , «хромо», возникающее в результате того факта, что кварки описываются как имеющие три различных возможных значения цветового заряда (красный, зеленый и т . д.). или синий).
Некоторые из оставшихся загадок, связанных с атомными ядрами, включают то, как ядерные свойства, такие как спин и масса, возникают из динамики составляющих нижнего уровня кварков и глюонов. Формулировки этих загадок, охватывающие исследовательские проекты, включают кризис спина протона и загадку радиуса протона .
Сотрудничество
[ редактировать ]В группу пользователей электрон-ионного коллайдера входят более 1400 физиков из более чем 290 лабораторий и университетов из 38 стран мира. [ 8 ]
Финансирование
[ редактировать ]В 2022 году Управление науки Министерства энергетики сообщило, что бюджет электрон-ионного коллайдера составит 30 миллионов долларов, в то время как проекту потребуется 120 миллионов долларов для достижения установленного рубежа в 2023 году, в результате чего график подготовки к строительству EIC будет сокращен. «растянутый». [ 9 ]
Предыдущие EIC
[ редактировать ]Одним из электрон-ионных коллайдеров в прошлом был HERA в Гамбурге , Германия. Гера работала с 1992 по 2007 год и сталкивала электроны и протоны в центре масс с энергией 318 ГэВ.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ А. Аккарди и др., «Электронно-ионный коллайдер: следующий рубеж КХД – понимание клея, который связывает нас всех» , 2012.
- ^ «Офис науки» (PDF) .
- ^ Jump up to: а б «Министерство энергетики США выбирает Брукхейвенскую национальную лабораторию для размещения новой крупной установки ядерной физики» 2020 г.
- ^ «Брукхейвен запускает электрон-ионный коллайдер» . 21 сентября 2020 г.
- ^ EC Aschenauer et al., «Исследование дизайна eRHIC: электрон-ионный коллайдер в BNL», 2014.
- ^ Абелейра Фернандес, JL; Адольфсен, К.; Хорошо, АН; Аксакал, Х.; Альбасете, JL; Алехин С.; Олпорт, П.; Андреев В.; Эпплби, РБ; Арикан, Э.; Арместо, Н.; Асуэлос, Г.; Бай, М.; Барбер, Д.; Бартельс, Дж.; Бенке, О.; Бер, Дж.; Беляев А.С.; Бен-Цви, И.; Бернард, Н.; Бертолуччи, С.; Беттони, С.; Бисвал, С.; Блюмлейн, Дж.; Бетчер, Х.; Богач, А.; Бракко, К.; Брандт, Г.; Браун, Х.; и др. (2012). «Большой адронный электронный коллайдер в ЦЕРН. Отчет о физике и концепциях конструкции машины и детектора». Журнал физики G: Ядерная физика и физика элементарных частиц . 39 (7): 075001. arXiv : 1206.2913 . Бибкод : 2012JPhG...39g5001A . дои : 10.1088/0954-3899/39/7/075001 . S2CID 52498118 .
- ^ «Большой адронный электронный коллайдер в ЦЕРН» .
- ^ «Добро пожаловать! | Группа пользователей электрон-ионного коллайдера» .
- ^ Томас, Уилл (7 января 2022 г.). «Программа Министерства энергетики США по ядерной физике приближается к поворотной точке» . К вашему сведению, Американский институт физики . Проверено 15 апреля 2022 г.