In december, vijf studenten van de Stony Brook University in New York en hun onderzoeksprofessor, Nils Feege, laadde een prototype van een magnetische mantel in een SUV en vertrok naar het Argonne National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy (DOE), bijna 900 mijl verderop.

De magnetische mantel is geen magisch kledingstuk, maar eerder een cruciaal apparaat voor een mogelijke deeltjesversneller van de volgende generatie om kernfysica te bestuderen.

De voorgestelde Electron-Ion Collider, door bundels van elektronen en protonen tegen elkaar te slaan met bijna lichtsnelheid, zou de krachtigste microscoop zijn die tot nu toe is ontwikkeld om te begrijpen hoe de massa van het proton dynamisch wordt gegenereerd door de interactie van quarks en gluonen, en daarbij helpen de krachten te verlichten die verantwoordelijk zijn voor de massa van het zichtbare universum.

Zo'n faciliteit werkt door bundels deeltjes langs een baan te richten. Aan het einde van de baan, de deeltjes botsen, en detectoren gebruiken magneten om de metingen van deze botsingen op te pikken.

Maar de binnenkomende deeltjesbundels moeten worden beschermd tegen deze detectormagneten, anders worden ze gestoord. Dus Feege en zijn team moesten een cilinder bouwen met twee tegengewichtlagen die de stralen zouden beschermen tegen het magnetische veld van de detector nabij het botsingspunt zonder de rest van het veld te vervormen.

"Een supergeleider duwt magnetische veldlijnen uit, terwijl een ferromagnetisch materiaal eromheen de veldlijnen naar binnen trekt; dus als je het precies goed hebt, het zal een veldvrije tunnel creëren en alle verstoringen van buitenaf annuleren, ' zei Fee.

Dit creëert een gebied in de detector dat onzichtbaar is voor het magnetische veld, zoals de onzichtbaarheidsmantel van Harry Potter, behalve magnetische velden in plaats van licht.

"Het andere mooie is dat het passief is, wat betekent dat het geen externe elektrische stroom nodig heeft. Het is een zeer elegante oplossing als je het goed kunt doen, " hij zei.

Feege en zijn studenten brachten bijna drie jaar door met het bouwen van hun prototype in Stony Brook. De eerste tests zagen er veelbelovend uit, maar ze moesten een volledige test doen in een sterk en uniform magnetisch veld dat groot genoeg was om in het apparaat zelf te passen, terwijl er voldoende ruimte over was om het veld eromheen te meten.

Vandaar de roadtrip naar Argonne, waar het team de eerste bezoekers waren die gebruik maakten van een nieuwe faciliteit gebouwd door Argonne's high-energy physics-divisie, de 4 Tesla Magnet Facility.

Gemaakt van een gerecyclede MRI-magneet voor ziekenhuizen om detectorcomponenten te testen, de Magnet Facility biedt sterke, uniforme magnetische velden plus een gigantisch hol centrum - de enige in het land die groot genoeg is om de verhullingstests te doorstaan.

"Hun opstelling was buitengewoon nuttig voor onze metingen - het stelde ons in staat om onze sensoren gemakkelijk te positioneren en de magnetische velden in kaart te brengen, ' zei Fee.

Blij met de eerste resultaten, Feege en zijn co-lead, Stony Brook-professor Abhay Deshpande, gaan vooruit, praten met versnellerwetenschappers om te bespreken hoe de mantel kan worden geïntegreerd in een toekomstig ontwerp van een collider.

Hoewel het ontwerp bedoeld is voor de voorgestelde Electron-Ion Collider, zo'n mantel zou nuttig zijn in veel soorten toekomstige botsers, zei Feege.

"Toen we de Magnet Facility bouwden, we hadden vanaf het begin in gedachten om het beschikbaar te maken voor de hele natuurkundegemeenschap, " zei Marcel Demarteau, die de afdeling hoge-energiefysica in Argonne leidt en hielp bij het regelen van de reis van het team naar de magneet. "We hopen dat dit het begin is van een lange en vruchtbare samenwerking waarin we profiteren van de synergieën tussen deze takken van de natuurkunde."

Het was een primeur voor enkele gastonderzoekers, te. Het programma van de Stony Brook-groep maakt er een punt van om niet-gegradueerden op te nemen; ten minste twee dozijn studenten werkten aan de inspanning gedurende drie jaar van ontwikkeling, en drie van hen gingen mee op de Argonne-roadtrip om de metingen te doen - om uit de eerste hand te zien hoe een wetenschappelijke loopbaan eruitziet.

"We hadden maar een vaste periode om alle tests te doen die we moesten doen, dus als student leer je dingen als:hoe komen we op het laatste moment met oplossingen voor problemen die zich spontaan voordoen, ' zei Fee.

"Het is echt een fantastische ervaring voor hen. Ik had dit graag als student gedaan, ' zei Deshpande.