Toen de Electron Ion Collider in januari 2020 groen licht kreeg, het werd de enige nieuwe grote versneller in de maak waar ook ter wereld.

"Alle sterren uitgelijnd, " zei Elke-Caroline Aschenauer, Brookhaven National Laboratory Staff Scientist en een leider in het ontwikkelen van de EIC-plannen. "We hebben de technologie om deze unieke deeltjesversneller en detector te bouwen om de metingen te doen die, samen met de onderliggende theorie, kan voor het eerst antwoorden geven op al lang bestaande fundamentele vragen in de kernfysica."

De EIC is niet het enige Brookhaven-project dat klaar staat om de kern- en deeltjesfysica opnieuw vorm te geven. Aanstaande gegevens van de Relativistic Heavy Ion Collider zouden eindelijk het ongrijpbare chirale magnetische effect kunnen detecteren. In de tussentijd, geplande versnellers zouden kunnen draaien op duurzame energie, een drastische afwijking van de machines van vandaag.

Tijdens een persconferentie tijdens de APS April Meeting 2021, onderzoekers zullen bespreken hoe geavanceerde versnellers kunnen botsen met zowel het energieverbruik als onze aannames over de aard van materie.

Een krachtige nieuwe faciliteit voor kernfysica

"De wetenschappelijke vooruitgang van de EIC zal ons allemaal helpen te begrijpen waar we vandaan komen en hoe de zichtbare materie om ons heen is samengesteld uit zijn elementaire bouwstenen, ’ zei Aschenauer.

Het gaspedaal en de detector zullen als een soort camera dienen, 3D-beelden en films maken van elektronen die botsen met gepolariseerde protonen en ionen. Als een CT-scanner voor atomen, de EIC zal wetenschappers laten zien hoe krachtdragende gluondeeltjes quarks bij elkaar houden, de interne componenten van protonen en neutronen. Het zal ook inzicht bieden in de spin van fundamentele deeltjes.

Aschenauer zal statusupdates geven van het eerste jaar van het EIC-project - een samenwerking tussen BNL en Thomas Jefferson National Accelerator Facility - en een overzicht van de experimentele apparatuur.

Op jacht naar het chirale magnetische effect

De EIC zal voortbouwen op de Relativistic Heavy Ion Collider, die binnenkort zijn eigen grote resultaten zal opleveren.

In de zomer van 2021, data-analyse zal waarschijnlijk eindigen op een experiment dat op zoek is naar beslissend bewijs van het chirale magnetische effect. Dit voorgestelde effect helpt veel fundamentele kenmerken van het standaardmodel te verklaren en zou kunnen ontrafelen waarom ons universum overweldigend meer materie dan antimaterie bevat, cruciaal voor het menselijk bestaan.

Jinfeng Liao, een theoretisch kernfysicus aan de Indiana University Bloomington, zal belangrijke voorspellingen delen over wat het experiment zou kunnen ontdekken.

"De handtekeningen, zoals voorspeld door onze theoretische studie, duidelijke belofte tonen van het ondubbelzinnig vaststellen van het bestaan ​​van chiraal magnetisch effect in het isobarbotsingsexperiment, ' zei Liao.

Liao en collega's creëerden een speciaal op vloeistofdynamica gebaseerd computerhulpmiddel om experimentele botsingen te simuleren en eventuele veranderingen die het chirale magnetische effect zou veroorzaken.

Ze laten zien dat het nieuwe experiment een betere kans heeft om het effect te detecteren dan eerdere pogingen, lang geplaagd door zwakke signalen en sterke achtergrondvervuiling. De voorspellingen zijn gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven .

Het peilen van diepgaande subatomaire vragen vereist veel kracht.

"Grote deeltjesversnellers verbruiken schrikbarend veel energie, " zei Georg Hoffstaetter, een professor aan de Cornell University.

Hij zal resultaten delen van de Cornell-BNL Test Accelerator, of CBETA, 's werelds eerste die een straal meerdere keren versnelde terwijl hij zichzelf van stroom voorziet door straalenergie opnieuw te gebruiken. Het vermindert de elektriciteitsbehoefte verder met supergeleidende en magnetische apparatuur.

De Energy Recovery Linacs-technologie die de testversneller mogelijk maakt, zou kunnen leiden tot kleinere deeltjesversnellers met hogere bundelstromen en een lager energieverbruik.

"Mensen kunnen profiteren van de industriële toepassingen van Energy Recovery Linacs door betere computerchips te gebruiken, door te genezen in radiotherapiecentra die stralen geleiden met permanente magneten, of door het inademen van door versnellers geproduceerde medische isotopen, zei Hofstätter.

Voortbouwend op het succes van de testversneller, haar hoofdonderzoeker en Brookhaven Senior Physicist Dejan Trbojevic zullen ontwerpen presenteren voor een nieuwe groene energieversneller. Deeltjes versnellen langs racebaanbundellijnen, gevormd uit hoogwaardige permanente magneten die geen gebruik van elektrische stroom vereisen.

"De 'groene versneller' toont een geheel nieuwe manier om deeltjes te versnellen met een zeer strakke controle over hun beweging en met een extreem hoog energiebereik. Het is nog nooit eerder gedaan, ' zei Trbojevic.

Hij zal demonstreren hoe de EIC, evenals een vergelijkbare versneller die wordt overwogen bij de Large Hadron Collider, zou de energiebesparende functies kunnen opnemen.