Am Dienstag veröffentlichten die Nationalen Akademien der Wissenschaften, Ingenieurwissenschaften und Medizin einen Bericht, in dem ein neues Teilchenbeschleuniger-Projekt mit dem Namen Electron-Ion Collider (EIC) umfassend befürwortet wurde. Die Freigabe ist ein wichtiger Schritt, um das Projekt auf den Weg zu bringen und die Teilchenphysik auf die nächste Stufe zu heben.
Anders als der Large Hadron Collider (LHC) in Europa, der Protonen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit in Protonen zerlegt, würde die neue Maschine hochenergetische Elektronenstrahlen in Protonen oder schwerere Ionen spritzen, berichtet Adrian Cho von Science . Diese Kollisionen, erklärt Notre Dame-Atomphysiker Ani Aprahamian, Co-Vorsitzender des Berichts, gegenüber Cho, führen zu saubereren und leichter zu interpretierenden Ergebnissen im Vergleich zum LHC und sind besser geeignet, um zu untersuchen, wie sich die Quarks und Gluonen in Protonen und Atomkernen befinden angeordnet sind.
Es stellt sich heraus, dass wir bei der Identifizierung neuer Elementarteilchen oder der Teile, aus denen Protonen, Neutronen und Atome bestehen, zwar gute Arbeit geleistet haben, aber wir haben immer noch Schwierigkeiten herauszufinden, wie sie alle zusammenpassen. Wir wissen immer noch nicht einmal, wie ein Proton - oder ein Kern - wirklich aussieht.
Der MIT-Physiker Richard Milner sagte Jennifer Chu bei MIT News, dass der neue Beschleuniger drei Hauptfragen beantworten könne: Die erste besteht darin, zu verstehen, woher die Masse eines Protons kommt, da sie bis zu 100-mal größer sein kann als die Masse von die Stücke, die es enthält. (Das Gewicht der drei Quarks, die durch die starke Kernkraft der Gluonen zusammengehalten werden, macht nur 5 Prozent der Masse eines Protons aus.) Zweitens hoffen die Forscher, das Konzept des Drehimpulses oder des „Spins“ besser zu verstehen. Drittens könnte das EIC Zeigen Sie mit, wie Gluonen, Partikel, die andere Partikel zusammenhalten, funktionieren. "Gluonen in der Materie sind ein bisschen wie dunkle Materie im Universum: unsichtbar, aber sie spielen eine entscheidende Rolle", sagt Milner. "Ein Elektronenionenkollider würde möglicherweise neue Zustände aufdecken, die sich aus der engen Packung vieler Gluonen in Nukleonen und Kernen ergeben."
Zwei nationale Laboratorien stehen bereits im Wettbewerb um den Beschleuniger, obwohl es wahrscheinlich einige Jahre dauern wird, bis das Energieministerium das Projekt offiziell startet. Es wird erwartet, dass das Projekt den vorhandenen Ionencollider im Brookhaven National Laboratory in Long Island oder den Elektronenstrahl im Thomas Jefferson National Accelerator Laboratory in Newport News, Virginia, aufrüsten wird. Laut Edwin Cartlidge von Nature hat ein Bericht des Nuclear Science Advisory Committee vor drei Jahren vorgeschlagen, dass das Projekt mindestens 1 Milliarde US-Dollar kosten würde.
Der Zeitplan für das Projekt ist fraglich. Das Energieministerium, das die Anlage bauen würde, finanziert derzeit eine Anlage für seltene Isotopenstrahlen an der Michigan State University im Wert von 730 Millionen US-Dollar und verfügt wahrscheinlich erst über die Kapazität, ein weiteres Großprojekt zu verwalten, wenn dies abgeschlossen ist im Jahr 2020.
Cartlidge weist auch darauf hin, dass derzeit in China und am CERN in Europa Pläne für Elektronen-Ionen-Kollider ausgetragen werden und dass die drei Gruppen möglicherweise in Betracht ziehen müssen, zusammenzuarbeiten, um das Projekt bald auf den Weg zu bringen. Und dann gibt es in den USA eine bewegte Geschichte mit Teilchenbeschleunigern. 1993 stornierte der Kongress den Superconducting Super Collider, einen massiven Teilchenbeschleuniger, der die Entdeckung des Higgs-Bosons und anderer Teilchen Jahrzehnte vor seiner Entdeckung am LHC im Jahr 2012 vorangetrieben hätte das EIC.
Cho berichtet, dass dies nicht das erste EIC sein würde, das gebaut wird. Eine Version des Projekts mit dem Namen Hadron-Electron Ring Accelerator (HERA) wurde zwischen 1992 und 2007 in Deutschland durchgeführt und führte zur Entdeckung des Gluons. Die US-Version des Colliders würde bei niedrigeren Energien laufen, aber 100 bis 1000 Kollisionen haben, was zu exponentiell mehr Daten führen würde.
Als das einflussreiche Nuclear Science Advisory Committee 2015 den Bau des EIC öffentlich billigte, sprach Donald Geesaman, ein Nuklearphysiker am Argonne National Laboratory in Illinois und Vorsitzender der NSAC, über die wissenschaftliche Notwendigkeit der Schaffung des EIC. zu erklären: "Bis wir das EIC haben, gibt es riesige Bereiche der Kernphysik, in denen wir keine Fortschritte machen werden."
