Следующая машина мечты физиков-ядерщиков будет построена в Брукхейвенской национальной лаборатории в Аптоне, штат Нью-Йорк, сообщили сегодня представители Министерства энергетики (DOE). Электрон-ионный коллайдер (EIC) сталкивает пучок электронов высокой энергии в один из протонов, чтобы исследовать таинственные внутренности протона. Стоимость машины составит от 1,6 до 2,6 млрд долларов, и к 2030 году она должна заработать, говорит заместитель министра науки Министерства энергетики США Пол Даббар, на брифинге по телефону.
«Это будет первый новенький коллайдер, построенный в стране за последние десятилетия», - сказал Даббар. «США были на переднем крае ядерной физики с конца Второй мировой войны, и эта машина позволит США оставаться на переднем крае в течение следующих десятилетий».
Физики из Национального ускорительного центра Томаса Джефферсона в Ньюпорт-Ньюс, штат Вирджиния, также надеялись построить EIC.
С начала 1970-х годов физики знали, что каждый протон состоит из трио менее массивных частиц, называемых кварками. Они связываются друг с другом путем обмена другими квантовыми частицами, называемыми глюонами.
Однако детальная структура протона гораздо сложнее. Из-за неопределенностей, присущих квантовой механике, ее внутренние витки с бесчисленными глюонами и парами кварк-антикварк, которые всплывают и исчезают слишком быстро, чтобы за ними можно было наблюдать. И многие из свойств протона, включая его массу и вращение, возникают из этого моря «виртуальных» частиц. Чтобы определить, как это происходит, EIC будет использовать свои электроны для исследования протонов, сталкивая два типа частиц.
Исследователи из лаборатории Джефферсона уже выполняют аналогичную работу, направляя свой электронный пучок на цели, богатые протонами и нейтронами. В 2017 году исследователи завершили модернизацию ускорителя непрерывного электронного пучка. С этим ускорителем электронов исследователи из лаборатории Джефферсона надеялись построить EIC, добавив новый ускоритель протонов.
Брукхейвенские исследователи изучили совершенно другой тип ядерной физики. Их релятивистский коллайдер с тяжелыми ионами (RHIC) сталкивается с такими ядрами, как золото и медь, создавая мимолетные порции ультракороткой плазмы свободно летящих кварков и глюонов, наподобие той, которая заполнила вселенную в доли секунды после большого взрыва. RHIC представляет собой кольцо длиной 3,8 км, состоящее из двух концентрических и противоциркуляционных ускорителей. Исследователи из Брукхейвена планируют создать EIC, используя одно из колец RHIC для ускорения протонов и добавления ускорителя электронов в комплекс.
По словам Даббара, чтобы решить, какой вариант выбрать, должностные лица DOE созвали независимый комитет по отбору объектов EIC. По его словам, комитет взвешивал множество факторов, в том числе относительную стоимость планов конкурентов. Ускорители протонов, как правило, крупнее и дороже, чем ускорители электронов.
Лаборатория Джефферсона не останется в стороне, говорит Даббар. Исследователи там имеют критически важный опыт, среди прочего, в создании сверхпроводящих ускоряющих полостей, которые будут необходимы для нового коллайдера. Таким образом, ученые там будут участвовать в проектировании, создании и эксплуатации нового коллайдера. «Мы, безусловно, с нетерпением ожидаем, что лаборатория Джефферсона возглавит эти области», - говорит Даббар.
Решение сайта не обязывает DOE строить EIC. Проект все еще должен пройти несколько этапов, прежде чем исследователи смогут приступить к строительству, включая утверждение детального проекта, сметы расходов и графика строительства. Этот процесс может занять несколько лет. Тем не менее, объявление действительно сигнализирует об окончании RHIC, который работает с 1999 года. Чтобы освободить место для нового коллайдера, RHIC окончательно отключится в 2024 году, сказал Даббар на брифинге.
«Мы смогли приступить к реализации каждого крупного проекта, который был в наличии в течение многих лет». Научный бюджет Министерства энергетики США вырос на 31% с 2016 года, несмотря на то, что при президенте Дональде Трампе Белый дом пытался его сократить, сказал Даббар.