Os prótons giram. É uma propriedade intrínseca que pode afetar experimentos em aceleradores que usam feixes de prótons. No entanto, girar os spins do próton pode oferecer insights sobre experimentos de física nuclear que estudam os primeiros momentos do universo em um ambiente de laboratório. Um novo conjunto magnético "spin flipper" reverte com eficiência a direção de spin dos prótons que circulam no Colisor Relativístico de Íons Pesados ​​(RHIC). Essas inversões mudam o spin da partícula com 97 por cento de eficiência, sem alterar outras características do feixe. Essa inversão é essencial para eliminar erros sistemáticos que podem ser causados ​​por prótons tendo uma direção de rotação ao longo de um experimento.

Ao colidir partículas com seus spins alinhados em uma determinada direção, os cientistas podem extrair detalhes de como os blocos de construção dos prótons (quarks e glúons) contribuem para o spin - uma propriedade que torna possível a imagem por ressonância magnética (MRI). Esses experimentos de física nuclear, que dependem de colisões de prótons, precisa medir os efeitos causados ​​pelo spin das partículas com precisão. Para descartar erros que qualquer alinhamento pode causar, os cientistas devem mudar regularmente a direção do spin durante os experimentos. Os novos ímãs giratórios fazem isso de forma eficiente. Eles também tornarão possível obter rotineiramente parâmetros de feixe que são essenciais para uma operação mais estável e otimizada do colisor de prótons.

O spin de feixes de prótons de alta energia está fortemente acoplado à direção de sua órbita:uma deflexão de órbita de um grau também irá girar o spin de um próton de 255 bilhões de elétron-volt (GeV) em 490 graus, ou mais do que uma rotação completa. Para manter os feixes polarizados com essas energias, é necessário o uso de dois sistemas magnéticos especializados, conhecidos como cobras siberianas, e um controle extremamente preciso da órbita do feixe. O novo spin flipper é composto por quatro ímãs de corrente contínua e cinco ímãs de corrente alternada que são cuidadosamente organizados para localizar completamente as deflexões da órbita dentro do spin flipper sem interferir com o controle do feixe no resto do RHIC. Isso torna possível inverter o spin sem causar despolarização. Além disso, novas funções óticas no RHIC reduzem substancialmente a propagação da frequência de precessão do spin. Juntos, esses dispositivos alcançaram eficiência de rotação de rotação de 97 por cento com energias de prótons de 24 e 255 GeV. Esses resultados demonstram que o spin flipper de nove ímãs funcionará para experimentos de prótons polarizados no RHIC. A mesma abordagem poderia ser aplicável a um possível futuro colisor de íons elétrons polarizados.