Le collisionneur électron-ion (EIC) sondera la structure interne de la matière nucléaire telle qu'elle existe aujourd'hui. Les électrons entrant en collision avec les ions échangeront des photons virtuels avec les particules nucléaires pour aider les scientifiques à « voir » à l'intérieur des particules nucléaires. Les collisions produiront des instantanés 3D de précision de l'arrangement interne des quarks et des gluons au sein de la matière nucléaire ordinaire, comme un scanner combiné CT / IRM pour les atomes. Les électrons peuvent « extraire » des quarks individuels des protons qui composent les noyaux. L'étude de la façon dont ces quarks se recombinent pour former des particules composites éclairera notre compréhension de l'évolution de la matière visible d'aujourd'hui à partir du QGP étudié au collisionneur d'ions lourds relativistes (RHIC). Crédit :Laboratoire national de Brookhaven
Lorsque le collisionneur électron-ion a reçu le feu vert en janvier 2020, il est devenu le seul nouvel accélérateur majeur en chantier dans le monde.
"Toutes les étoiles alignées, " a déclaré Elke-Caroline Aschenauer, Brookhaven National Laboratory Staff Scientist et un leader dans l'élaboration des plans EIC. « Nous avons la technologie pour construire cet accélérateur et détecteur de particules uniques pour effectuer les mesures qui, avec la théorie sous-jacente, peut pour la première fois apporter des réponses à des questions fondamentales de longue date en physique nucléaire. »
L'EIC n'est pas le seul projet de Brookhaven prêt à remodeler la physique nucléaire et des particules. Les données à venir du collisionneur d'ions lourds relativistes pourraient enfin détecter l'effet magnétique chiral insaisissable. Pendant ce temps, les accélérateurs prévus pourraient fonctionner à l'énergie durable, une rupture radicale avec les machines d'aujourd'hui.
Lors d'une conférence de presse lors de la réunion d'avril 2021 de l'APS, les chercheurs discuteront de la manière dont les accélérateurs de pointe pourraient entrer en collision à la fois avec la consommation d'énergie et nos hypothèses sur la nature de la matière.
Une nouvelle installation puissante pour la physique nucléaire
"Les avancées scientifiques de l'EIC nous aideront tous à comprendre d'où nous venons et comment la matière visible qui nous entoure est composée de ses briques élémentaires, " dit Aschenauer.
Mesures expérimentales de l'effet magnétique chiral (CME). Une illustration du diagramme de corrélation angulaire des hadrons dans le plan (x-y) transversal à l'axe du faisceau z lors d'une collision d'ions lourds. Le CME induit une asymétrie dans l'émission de hadrons positifs et négatifs le long de l'axe du champ magnétique. Crédit :Dmitri E. Kharzeev et Jinfeng Liao / Nature Reviews Physics
L'accélérateur et le détecteur serviront en quelque sorte de caméra, prendre des images et des films en 3D d'électrons entrant en collision avec des protons et des ions polarisés. Comme un tomodensitomètre pour les atomes, l'EIC permettra aux scientifiques de voir comment les particules de gluon porteuses de force maintiennent ensemble les quarks, les composants internes des protons et des neutrons. Il offrira également un aperçu du spin des particules fondamentales.
Aschenauer donnera des mises à jour de la première année du projet EIC - une collaboration entre BNL et Thomas Jefferson National Accelerator Facility - et un aperçu de son équipement expérimental.
Chasse à l'effet magnétique chiral
L'EIC s'appuiera sur le collisionneur d'ions lourds relativistes, qui produira bientôt ses propres résultats majeurs.
A l'été 2021, l'analyse des données aboutira probablement à une expérience à la recherche d'une preuve décisive de l'effet magnétique chiral. Cet effet proposé aide à expliquer de nombreuses caractéristiques fondamentales du modèle standard et pourrait révéler pourquoi notre univers contient énormément plus de matière que d'antimatière, cruciale pour l'existence humaine.
Jinfeng Liao, un physicien nucléaire théorique à l'Université d'Indiana à Bloomington, partagera des prédictions clés sur ce que l'expérience pourrait révéler.
L'animation montre comment différentes particules d'énergie se déplacent à travers l'accélérateur à gradient linéaire alternatif à champ fixe. Crédit :Stephen Brooks
« Les signatures, comme prévu par notre étude théorique, montrent clairement la promesse d'établir sans ambiguïté l'existence d'un effet magnétique chiral dans l'expérience de collision isobare, " dit Liao.
Liao et ses collègues ont créé un outil de calcul personnalisé basé sur la dynamique des fluides pour simuler les collisions expérimentales et tout changement que l'effet magnétique chiral provoquerait.
Ils montrent que la nouvelle expérience a de meilleures chances de détecter l'effet que les tentatives précédentes, longtemps en proie à des signaux faibles et à une forte contamination de fond. Les prédictions ont été publiées dans Lettres d'examen physique .
Sonder des questions subatomiques profondes nécessite beaucoup de puissance.
"Les grands accélérateurs de particules utilisent une quantité d'énergie choquante, " dit Georg Hoffstaetter, professeur à l'Université Cornell.
Il partagera les résultats de l'accélérateur de test Cornell-BNL, ou CBETA, le premier au monde à accélérer un faisceau plusieurs fois tout en s'autoalimentant en réutilisant l'énergie du faisceau. Il réduit davantage les demandes d'électricité avec des équipements supraconducteurs et magnétiques.
L'accélérateur de test Cornell-BNL. Crédit :CLASSE
La technologie des Linacs à récupération d'énergie qui active l'accélérateur de test pourrait conduire à des accélérateurs de particules plus petits avec des courants de faisceau plus élevés et une consommation d'énergie réduite.
« Les gens peuvent bénéficier des applications industrielles des linacs à récupération d'énergie en utilisant de meilleures puces informatiques, en étant guéri dans des centres de radiothérapie qui guident des faisceaux avec des aimants permanents, ou en inhalant des isotopes médicaux produits par des accélérateurs, " a déclaré Hoffstaetter.
Fort du succès de l'accélérateur de tests, son chercheur principal et physicien principal de Brookhaven, Dejan Trbojevic, présentera les conceptions d'un nouveau collisionneur à énergie verte. Les particules accélèrent le long des lignes de faisceau des pistes de course, formé d'aimants permanents de haute qualité qui ne nécessitent aucune utilisation d'énergie électrique.
"L'"accélérateur vert" montre une toute nouvelle façon d'accélérer des particules avec un contrôle très strict de leur mouvement et avec une plage d'énergie extrêmement élevée. Cela n'a jamais été fait auparavant, ", a déclaré Trbojevic.
Il démontrera comment l'EIC, ainsi qu'un accélérateur similaire à l'étude au Large Hadron Collider, pourrait intégrer les fonctions d'économie d'énergie.
