Des étudiants de l'Université de Stony Brook ont visité Argonne avec le professeur de recherche Nils Feege pour tester un prototype de cape magnétique – une pièce d'équipement cruciale pour un collisionneur de particules de nouvelle génération – à l'installation magnétique 4-Tesla d'Argonne. De gauche à droite :Thomas Krahulik, Nils Feege, Rourke Sekelsky, Joshua LaBounty et Stacy Karthas. Crédit :Nils Feege
En décembre, cinq étudiants de Stony Brook University à New York et leur professeur-chercheur, Nils Feege, chargé un prototype de cape magnétique dans un SUV et partit pour le laboratoire national d'Argonne du département américain de l'Énergie (DOE), près de 900 milles de distance.
La cape magnétique n'est pas un vêtement magique, mais plutôt une pièce d'équipement cruciale pour un éventuel collisionneur de particules de prochaine génération pour étudier la physique nucléaire.
Le collisionneur électron-ion proposé, en brisant ensemble des faisceaux d'électrons et de protons à une vitesse proche de la lumière, serait le microscope le plus puissant jamais développé pour comprendre comment la masse du proton est générée dynamiquement à partir de l'interaction des quarks et des gluons, et, ce faisant, aider à éclairer les forces qui expliquent la masse de l'univers visible.
Une telle installation fonctionne en dirigeant des faisceaux de particules le long d'une piste. Au bout de la piste, les particules entrent en collision, et les détecteurs utilisent des aimants pour capter les lectures de ces collisions.
Mais les faisceaux de particules entrants doivent être protégés de ces aimants détecteurs, ou bien ils seront dérangés. Feege et son équipe devaient donc construire un cylindre avec deux couches d'équilibrage qui protégeraient les faisceaux du champ magnétique du détecteur près du point de collision sans déformer le reste du champ.
"Un supraconducteur repousse les lignes de champ magnétique, tandis qu'un matériau ferromagnétique qui l'entoure attirera les lignes de champ ; donc si vous avez tout à fait raison, il créera un tunnel sans champ et annulera toutes les perturbations extérieures, " a déclaré Feege.
Des étudiants de l'Université Stony Brook ont visité Argonne avec le professeur de recherche Nils Feege pour tester un prototype de cape magnétique à l'installation magnétique 4-Tesla d'Argonne. De gauche à droite :Stacy Karthas, Nils Feege, Thomas Krahulik, Rourke Sekelsky et Joshua LaBounty. Crédit :Nils Feege
Cela crée une zone dans le détecteur qui est invisible au champ magnétique, comme la cape d'invisibilité de Harry Potter, sauf pour les champs magnétiques au lieu de la lumière.
"L'autre beauté, c'est que c'est passif, ce qui signifie qu'il ne nécessite pas de courant électrique externe. C'est une solution très élégante si vous pouvez la travailler correctement, " il a dit.
Feege et ses étudiants ont passé près de trois ans à construire leur prototype à Stony Brook. Les premiers tests semblaient prometteurs, mais ils devaient effectuer un test à grande échelle dans un champ magnétique puissant et uniforme, suffisamment grand pour s'adapter à l'appareil lui-même, tout en laissant suffisamment de place pour mesurer le champ autour de lui.
D'où le road trip en Argonne, où l'équipe est devenue les premiers visiteurs à utiliser une nouvelle installation construite par la division de physique des hautes énergies d'Argonne appelée 4 Tesla Magnet Facility.
Construit à partir d'un aimant IRM hospitalier recyclé pour tester les composants du détecteur, l'installation d'aimants offre forte, champs magnétiques uniformes plus un centre creux géant - le seul au pays assez grand pour accueillir les tests de cape.
« Leur configuration a été extrêmement utile pour nos mesures, elle nous a permis de positionner facilement nos capteurs et de cartographier les champs magnétiques, " a déclaré Feege.
Le prototype de dispositif d'occultation magnétique se trouve dans une boîte en aluminium à l'intérieur de l'aimant IRM de l'installation magnétique de 4 Tesla. Crédit :Nils Feege
Content des premiers résultats, Feege et son co-responsable, Abhay Deshpande, professeur de Stony Brook, vont de l'avant, discuter avec des scientifiques des accélérateurs pour discuter de la manière dont la cape pourrait être intégrée dans une future conception de collisionneur.
Bien que la conception soit destinée au collisionneur électron-ion proposé, une telle cape serait utile dans de nombreux types de futurs collisionneurs, dit Feege.
"Lorsque nous avons construit l'installation Magnet, nous avions en tête dès le départ de le mettre à disposition de l'ensemble de la communauté des physiciens, " dit Marcel Demarteau, qui dirige la division de physique des hautes énergies à Argonne et a aidé à organiser le voyage de l'équipe vers l'aimant. "Nous espérons que c'est le début d'une longue et fructueuse collaboration dans laquelle nous capitaliserons sur les synergies entre ces branches de la physique."
C'était une première pour quelques-uns des chercheurs invités, trop. Le programme du groupe Stony Brook se fait un devoir d'inclure les étudiants de premier cycle; au moins deux douzaines d'étudiants de premier cycle ont travaillé sur l'effort sur trois ans de développement, et trois d'entre eux sont venus sur la route de l'Argonne pour prendre les mesures et avoir un aperçu de ce à quoi ressemblent réellement les carrières scientifiques.
"Nous n'avions qu'une période de temps fixe pour faire tous les tests que nous devions faire, ainsi, en tant qu'étudiant, vous apprenez des choses comme : comment trouver des solutions de dernière minute aux problèmes qui surviennent à la volée ? " a déclaré Feege.
"C'est vraiment une expérience fantastique pour eux. J'aurais adoré faire cela en tant qu'étudiant de premier cycle, " dit Deshpande.
