Les protons tournent. C'est une propriété intrinsèque qui peut affecter les expériences dans les accélérateurs qui utilisent des faisceaux de protons. Pourtant, l'inversion des spins des protons pourrait offrir un aperçu des expériences de physique nucléaire qui étudient les premiers instants de l'univers en laboratoire. Un nouvel ensemble d'aimants "spin flipper" inverse efficacement la direction de spin des protons circulant dans le collisionneur d'ions lourds relativistes (RHIC). Ces retournements modifient la rotation de la particule avec une efficacité de 97 % sans modifier les autres caractéristiques du faisceau. Ce retournement est essentiel pour éliminer les erreurs systématiques qui pourraient être causées par des protons ayant une direction de spin tout au long d'une expérience.

En heurtant des particules dont les spins sont alignés dans une direction donnée, les scientifiques peuvent découvrir en détail comment les éléments constitutifs des protons (quarks et gluons) contribuent au spin, une propriété qui rend possible l'imagerie par résonance magnétique (IRM). De telles expériences de physique nucléaire, qui reposent sur des collisions de protons, besoin de mesurer précisément les effets provoqués par le spin des particules. Pour exclure les erreurs qu'un alignement donné pourrait causer, les scientifiques doivent régulièrement inverser la direction de la rotation pendant les expériences. Les nouveaux aimants spin flipper le font efficacement. Ils permettront également d'obtenir en routine des paramètres de faisceau indispensables à un fonctionnement plus stable et optimisé du collisionneur de protons.

Le spin des faisceaux de protons à haute énergie est fortement couplé à la direction de leur orbite :une déviation d'orbite d'un degré fera également pivoter le spin d'un proton de 255 milliards d'électrons-volts (GeV) de 490 degrés, ou plus qu'une rotation complète. Maintenir les faisceaux polarisés à ces énergies nécessite l'utilisation de deux systèmes d'aimants spécialisés connus sous le nom de serpents sibériens et un contrôle extrêmement précis de l'orbite du faisceau. Le nouveau spin flipper est composé de quatre aimants à courant continu et de cinq aimants à courant alternatif qui sont soigneusement disposés pour localiser complètement les déflexions d'orbite à l'intérieur du spin flipper sans interférer avec le contrôle du faisceau dans le reste du RHIC. Cela permet de retourner le spin sans provoquer également de dépolarisation. En outre, de nouvelles fonctions optiques dans RHIC réduisent très sensiblement la propagation de la fréquence de précession de spin. Ensemble, ces dispositifs ont atteint une efficacité de retournement de spin de 97 % à des énergies de protons de 24 et 255 GeV. Ces résultats démontrent que la nageoire de spin à neuf aimants fonctionnera pour les expériences de protons polarisés au RHIC. La même approche pourrait être applicable à un éventuel futur collisionneur électron-ion polarisé.