Tirsdag frigav de nationale akademier for videnskaber, ingeniørvidenskab og medicin en rapport, der gav fuld påtegning til et nyt partikelacceleratorprojekt kaldet Electron-Ion Collider (EIC). Afmeldingen er et vigtigt skridt i retning af at få projektet væk fra jorden og tage partikelfysik til det næste niveau.
I modsætning til den store Hadron Collider (LHC) i Europa, der smadrer protoner til protoner ved næsten lyshastighed, ville den nye maskine sprøjte højenergiestråler af elektroner i protoner eller tungere ioner, rapporterer Adrian Cho ved Science . Disse kollisioner, Notre Dame-kernefysiker Ani Aprahamian, medformand for rapporten, forklarer Cho, producerer renere og lettere at fortolke resultater sammenlignet med LHC og er bedre til at undersøge, hvordan kvarkerne og gluonerne inde i protoner og atomkerner er arrangeret.
Det viser sig, selv om vi har gjort et temmelig godt stykke arbejde med at identificere nye elementære partikler eller bitene og stykkerne, der udgør protoner, neutroner og atomer, har vi stadig svært ved at finde ud af, hvordan de alle passer sammen. Vi ved stadig ikke engang, hvordan en proton - eller en kerne - virkelig ser ud.
MIT-fysiker Richard Milner fortæller Jennifer Chu på MIT News, at den nye accelerator ville være i stand til at besvare tre hovedspørgsmål: Det første er at forstå, hvor massen af en proton kommer fra, da den kan være op til 100 gange større end massen af de stykker og stykker, den indeholder. (Vægten af de tre kvarker bundet sammen af den stærke atomkraft produceret af gluoner tegner sig for kun 5 procent af en protons masse.) For det andet håber forskere bedre at forstå begrebet vinkelmoment eller ”spin”. For det tredje kan EIC muligvis hjælpe med at afsløre, hvordan gluoner, partikler, der holder andre partikler sammen, fungerer. ”Limer i stof er lidt som mørk stof i universet: uset, men spiller en afgørende rolle, ” siger Milner. "En elektron-ioncollider ville potentielt afsløre nye tilstande, der skyldes den tætte pakning af mange gluoner i nukleoner og kerner."
To nationale laboratorier konkurrerer allerede om at være vært for acceleratoren, skønt det sandsynligvis vil gå flere år, inden energiministeriet officielt lancerer projektet. Det forventes, at projektet vil opgradere den eksisterende ioncollider på Brookhaven National Laboratory i Long Island, eller elektronstrålen ved Thomas Jefferson National Accelerator Laboratory i Newport News, Virginia. Ifølge Edwin Cartlidge hos Nature antydede en rapport fra det rådgivende udvalg for nuklear videnskab for tre år siden, at projektet ville koste mindst 1 milliard dollar.
Tidslinjen for projektet er i tvivl. Department of Energy, der ville bygge anlægget, er i øjeblikket midt i finansieringen af et anlæg på 730 millioner dollars til sjældne isotopstråler ved Michigan State University, og har sandsynligvis ikke kapacitet til at styre et andet større projekt inden det er afsluttet i 2020.
Cartlidge påpeger også, at planer i Kina og på CERN i Europa i øjeblikket også kæmpes for elektron-ioncollidere, og at de tre grupper muligvis bliver nødt til at overveje at samarbejde for at få projektet væk fra jorden når som helst. Og så er der USAs fyldte historie med partikelacceleratorer. I 1993 annullerede Kongressen Superconducting Super Collider, en massiv partikelaccelerator, der ville have ført opdagelsen af Higgs-boson og andre partikler årtier, før den blev opdaget på LHC i 2012. Hvilket er at politikken kunne komme i vejen for EIC.
Cho rapporterer, at dette ikke ville være den første EIC, der blev konstrueret. En version af projektet kaldet Hadron-Electron Ring Accelerator (HERA) blev udført i Tyskland mellem 1992 og 2007 og førte til opdagelsen af gluon. Den amerikanske version af collideren ville køre med lavere energier, men ville have 100 til 1.000 antallet af kollisioner og producere eksponentielt flere data.
Tilbage i 2015, da det indflydelsesrige rådgivende udvalg for nuklear videnskab officielt godkendte opførelsen af EIC, talte Donald Geesaman, en nuklearfysiker ved Argonne National Laboratory i Illinois, og formanden for NSAC, til det videnskabelige behov for oprettelsen af EIC, erklærer, "Indtil vi har EIC, er der enorme områder med nukleær fysik, som vi ikke vil gøre fremskridt i."
