В четверг Министерство энергетики США объявило, что долгожданный электронно-ионный коллайдер (EIC), тип ускорителя частиц, будет построен в национальной лаборатории в городке Брукхейвен штата Нью-Йорк.
Зачем они нужны
Ученые используют коллайдеры частиц для изучения происхождения нашей Вселенной и изучения строения атомов. Конструкция новой машины требует наличия подземного кольца, которое направляет протоны и электроны навстречу друг другу со скоростью, близкой к скорости света.
Когда субатомные частицы сталкиваются лоб в лоб, они плавятся в горячий «суп» — тот же самый тип плазмы, который образовался сразу после Большого Взрыва. По этой причине физик Стивен Хокинг однажды сравнил коллайдеры частиц с машинами времени.
Брукхейвен уже является домом для релятивистского коллайдера тяжелых ионов (RHIC): единственный работающий коллайдер частиц в США.
Это подземное кольцо тянется на 3,8 километра. Его функция немного отличается от EIC: вместо того, чтобы разбивать протоны и электроны вместе, RIC бросает пучки ионов золота навстречу друг другу. Каждый ион делает около 80 000 петель вокруг кольца в секунду, прежде чем столкнуться в подобном взрыве субатомных частиц.
Новый гигантский коллайдер частиц
Новый электронно-ионный коллайдер заменит RHIC в Брукхейвене: лаборатория планирует окончательно закрыть RHIC в 2024 году. На постройку старой машины ушло восемь лет и около 617 миллионов долларов. По оценкам Министерства энергетики, новый проект будет стоить от 1,6 млрд до 2,6 млрд долларов и начнет функционировать к 2030 году.
Чтобы построить EIC, Брукхейвен не начнет полностью с нуля, он планирует сохранить одно из колец от RIC. Это кольцо будет испускать протоны, которые в конечном итоге столкнутся с электронами от нового ускорителя, который еще предстоит построить.
Эти столкновения дадут ученым более точные, трехмерные снимки строительных блоков, которые формируют протоны и электроны. Ученые из Брукхейвена сравнили эту технологию с «компьютерным томографом для атомов».
Ученые уже знают, что протоны состоят из еще более мелких частиц, называемых кварками, которые склеены вместе частицами, называемыми глюонами. Сила, удерживающая эти кварки вместе, более чем в 100 раз мощнее электромагнитной силы, питающей рентгеновские лучи, радиоволны и видимый свет. Это самая сильная и таинственная сила в природе.
Ученые надеются, что сканер EIC поможет им лучше понять, как устроены кварки и глюоны, и почему они так тесно связаны.
Тайна спина протонов
Исследователи также надеются, что машина поможет им решить загадку длиной в десятки лет.
Протоны вращаются примерно так же, как Земля вращается вокруг Солнца. Кварки внутри протонов тоже вращаются, но это движение составляет лишь около четверти общего спина самого протона. Физики пытаются объяснить это уже более 30 лет.
EIC может позволить управлять протонами так, чтобы они вращались под одинаковым углом, когда они сталкиваются — подвиг, который еще не был совершен раньше. Ученые надеются, что это прольет больше света на то, что стало известно, как «спиновый кризис».
Разгадывание этих тайн имеет и практическое применение за пределами лаборатории. Изучение структуры атома может помочь ученым понять, как уничтожить раковые клетки, улучшить батареи и электронику или привести в действие будущие технологии, которые еще даже не были представлены.
«Пока у нас нет EIC, есть огромные области ядерной физики, в которых мы не собираемся прогрессировать», — сказал Дональд Гизаман, бывший председатель Консультативного комитета по ядерным наукам.
Но новый коллайдер частиц — это еще не законченная сделка. Конгрессу все еще нужно утвердить бюджет, а Министерству энергетики придется подписать график проектирования и строительства.
Нашли нарушение? Пожаловаться на содержание