Protonen zijn een van de belangrijkste bouwstenen van het zichtbare universum. Samen met neutronen, ze vormen de kernen van elk atoom. Nog, er doen zich verschillende vragen op over enkele van de meest fundamentele eigenschappen van het proton, zoals de grootte, interne structuur en intrinsieke spin. In december 2020, de CERN Research Board keurde de eerste fase ("fase-1") goed van een nieuw experiment dat een aantal van deze vragen zal helpen oplossen. AMBER, of Apparatuur voor Meson en Baryon Experimenteel Onderzoek, zal de opvolger van de volgende generatie zijn van het COMPASS-experiment van het laboratorium.

COMPASS ontvangt deeltjesbundels van CERN's Super Proton Synchrotron en stuurt ze naar verschillende doelen om te bestuderen hoe quarks en gluonen hadronen vormen (zoals protonen, pionen en kaonen) en geven deze composietdeeltjes hun onderscheidende eigenschappen. Met behulp van deze aanpak, COMPASS heeft veel belangrijke resultaten behaald, inclusief verschillende resultaten die verband houden met de spinstructuur van het proton en een meting van de polariseerbaarheid van het pion; de polariseerbaarheid van een hadron is de mate waarin de samenstellende positieve en negatieve elektrische ladingen kunnen worden gescheiden in een elektrisch veld.

AMBER zal voortbouwen op de erfenis van COMPASS en deze naar een hoger niveau tillen. Door bestaande COMPASS-componenten te upgraden en nieuwe detectoren en doelen te introduceren, evenals het gebruik van de modernste uitleestechnologie, het team achter AMBER is van plan om in de eerste fase van het experiment drie soorten metingen te doen.

Eerst, door muonen te sturen, zwaardere neven van het elektron, op een waterstofdoel, het AMBER-team is van plan om met hoge precisie de ladingsstraal van het proton te bepalen - de omvang van de ruimtelijke verdeling van de elektrische lading van het deeltje. Deze meting zou helpen bij het oplossen van de protonstraalpuzzel, die ontstond in 2010 toen een nieuwe meting van de protonstraal aanzienlijk verschilde van de eerder geaccepteerde metingen.

Tweede, door protonen op proton- en helium-4-doelen te richten, AMBER zal de weinig bekende productiesnelheid van antiprotonen bepalen, de antimaterie tegenhangers van protonen, bij deze botsingen. Deze metingen zullen de nauwkeurigheid van voorspellingen van de flux van antiprotonen in kosmische straling verbeteren, die nodig zijn om gegevens te interpreteren van experimenten die op zoek zijn naar bewijs van donkere materie in de stroom van antiproton-kosmische straling.

Derde, door pionen te richten op nucleaire doelen, AMBER gaat de momentumverdelingen meten van de quarks en gluonen die het pion vormen. Deze metingen zullen licht werpen op de deeltjesdynamiek die het pion bij elkaar houdt en uiteindelijk op de oorsprong van de massa's hadronen, wat technisch bekend staat als de opkomst van de hadronmassa.

Verdere inzichten in het ontstaan ​​van hadronmassa worden verwacht uit studies van de interne structuur van kaonen in de tweede fase ("fase-2") van AMBER. Deze studies vereisen dat de bundellijn die COMPASS voedt, wordt geüpgraded om een ​​geladen-kaon-bundel met hoge energie en intensiteit te leveren.

Het combineren van AMBER's pion- en kaon-resultaten zal leiden tot een beter begrip van de wisselwerking tussen de twee massagenererende mechanismen van de natuur:het mechanisme dat hadronen hun massa's geeft en het Higgs-mechanisme, die massieve elementaire deeltjes massa geeft.