As questões científicas que poderiam ser respondidas por um colisor de íons de elétrons (EIC) - um acelerador de partículas em grande escala - são significativas para o avanço de nossa compreensão dos núcleos atômicos que constituem toda a matéria visível no universo, diz um novo relatório da National Academies of Sciences, Engenharia, e medicina. Além de seu impacto na ciência nuclear, os avanços possibilitados por um EIC podem ter benefícios de longo alcance para a economia impulsionada pela ciência e tecnologia do país, bem como para manter a liderança dos EUA em física nuclear e em tecnologias de colisor e acelerador.
As Academias Nacionais foram solicitadas pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos (DOE) a examinar a importância científica de um EIC, bem como as implicações internacionais da construção de instalações EIC domésticas. O comitê que conduziu o estudo e redigiu o relatório concluiu que a ciência que poderia ser abordada por um EIC é convincente e forneceria respostas fugazes sobre a natureza do assunto. Um EIC permitiria aos cientistas investigar onde quarks e glúons, as minúsculas partículas que formam nêutrons e prótons, estão localizados dentro de prótons e nêutrons, como eles se movem, e como eles interagem juntos. Enquanto o famoso mecanismo de Higgs explica as massas dos quarks, a porção mais significativa da massa de um próton ou nêutron vem de seus glúons e suas interações. Perguntas cruciais que um EIC responderia incluem a origem da massa dos núcleos atômicos, a origem do spin de nêutrons e prótons - uma propriedade fundamental que torna a imagem por ressonância magnética (MRI) possível, como os glúons mantêm os núcleos unidos, e se existem formas emergentes de matéria feitas de densos glúons.
O relatório diz que uma nova instalação de acelerador EIC teria capacidades além de todas as máquinas de espalhamento de elétrons anteriores nos EUA, Europa, e na Ásia. Altas energias e luminosidades - a medida da taxa em que ocorrem as colisões de partículas - são necessárias para atingir a resolução precisa necessária, e para atingir tais intensidades e níveis de energia é necessário um colisor onde os feixes de elétrons se chocam com feixes de prótons ou íons mais pesados. Comparando todas as instalações de aceleração existentes e propostas em todo o mundo, o comitê concluiu que um EIC com alta energia e luminosidade, e feixes de elétrons e íons altamente polarizados, seria único e em posição de aumentar consideravelmente nossa compreensão da matéria visível.
"Um EIC seria o acelerador mais sofisticado e desafiador atualmente proposto para construção nos EUA e avançaria significativamente a ciência do acelerador, e, mais especificamente, ciência e tecnologias de colisor, aqui e ao redor do mundo, "disse o co-presidente do comitê, Gordon Baym, Professor Emérito do Centro de Estudos Avançados, George e Ann Fisher Distinguido Professor Emérito de Engenharia, e Professor Pesquisador da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign. "A realização de um EIC é absolutamente crucial para manter a saúde do campo da física nuclear nos EUA e abriria novas áreas de investigação científica."
Atualmente, o Laboratório Nacional de Brookhaven (BNL) em Long Island, Nova york, tem um colisor de íons pesados, e o Laboratório Nacional do Acelerador Thomas Jefferson (JLab) em Newport News, Virgínia, tem feixes de elétrons muito energéticos. Ambos os laboratórios propuseram conceitos de design para um EIC que usaria sua infraestrutura já disponível, perícia, e experiência. O relatório, sem favorecer um sobre o outro, afirma que aproveitar as vantagens das instalações existentes tornaria o desenvolvimento de um EIC mais econômico e reduziria os riscos associados à construção de uma grande instalação de aceleração. Embora ambos os laboratórios tenham projetos bem desenvolvidos para um EIC, ambos exigiriam P&D considerável para atender plenamente às questões científicas convincentes. O relatório afirma que o investimento do DOE em P&D foi e continuará a ser crucial para minimizar os riscos de projeto em tempo hábil e para enfrentar os desafios pendentes do acelerador.
O comitê acrescentou que, junto com o avanço da ciência nuclear, um EIC também beneficiaria outras áreas, como astrofísica, física de partículas, física do acelerador, e modelagem teórica e computacional. Também desempenharia um papel valioso na sustentação da força de trabalho da física nuclear dos EUA nas próximas décadas. Além disso, teria um papel significativo no avanço mais amplo das tecnologias que resultariam da pesquisa e desenvolvimento empreendidos na implementação e construção de um EIC nos EUA. O relatório enfatiza que um EIC é o único colisor de alta energia planejado para construção em os EUA atualmente, e construir tal instalação manteria a liderança dos EUA na ciência do acelerador colisor, enquanto beneficiava as ciências físicas.
"A ciência que um EIC alcançaria é simplesmente única e garantiria a liderança dos Estados Unidos na ciência nuclear, bem como na ciência e tecnologia de aceleradores de aceleradores em todo o mundo, "disse o co-presidente do comitê, Ani Aprahamian, Freimann Professor de Física Nuclear Experimental da Universidade de Notre Dame.
