Os prótons são um dos principais blocos de construção do universo visível. Junto com nêutrons, eles constituem os núcleos de cada átomo. Ainda, várias questões surgem sobre algumas das propriedades mais fundamentais do próton, como seu tamanho, estrutura interna e spin intrínseco. Em dezembro de 2020, o Conselho de Pesquisa do CERN aprovou a primeira fase ("fase 1") de um novo experimento que ajudará a resolver algumas dessas questões. ÂMBAR, ou Aparelho para Pesquisa Experimental de Meson e Baryon, será o sucessor de próxima geração do experimento COMPASS do Laboratório.

COMPASS recebe feixes de partículas do Super Proton Synchrotron do CERN e os direciona para vários alvos para estudar como quarks e glúons formam hádrons (como prótons, píons e kaons) e dar a essas partículas compostas suas propriedades distintas. Usando essa abordagem, O COMPASS obteve muitos resultados importantes, incluindo vários resultados ligados à estrutura de spin do próton e uma medição da polarização do píon; a polarização de um hadron é o grau em que suas cargas elétricas positivas e negativas podem ser separadas em um campo elétrico.

AMBER vai construir sobre o legado do COMPASS e levá-lo para o próximo nível. Ao atualizar os componentes existentes do COMPASS e introduzir novos detectores e alvos, além de usar tecnologia de leitura de ponta, a equipe por trás do AMBER planeja fazer três tipos de medições na primeira fase do experimento.

Primeiro, enviando múons, primos mais pesados ​​do elétron, em um alvo de hidrogênio, a equipe do AMBER planeja determinar com alta precisão o raio de carga do próton - a extensão da distribuição espacial da carga elétrica da partícula. Esta medição ajudaria a resolver o quebra-cabeça do raio do próton, que surgiu em 2010, quando uma nova medição do raio do próton foi considerada substancialmente diferente das medições aceitas anteriormente.

Segundo, direcionando prótons para alvos de prótons e hélio-4, AMBER irá determinar a taxa de produção pouco conhecida de antiprótons, as contrapartes de antimatéria de prótons, nessas colisões. Essas medições irão melhorar a precisão das previsões do fluxo de antiprótons nos raios cósmicos, que são necessários para interpretar dados de experimentos em busca de evidências de matéria escura no fluxo de raios cósmicos antiprótons.

Terceiro, focalizando píons em alvos nucleares, AMBER medirá as distribuições de momentum dos quarks e glúons que formam o píon. Essas medições vão lançar luz sobre a dinâmica das partículas que mantém o píon unido e, finalmente, sobre a origem das massas de hádrons, que é conhecido tecnicamente como o surgimento da massa de hadron.

Mais insights sobre o surgimento da massa de hadron são antecipados a partir de estudos da estrutura interna dos kaons na segunda fase ("fase 2") do AMBER. Esses estudos exigem que a linha de luz que alimenta o COMPASS seja atualizada para fornecer um feixe kaon carregado de alta energia e intensidade.

A combinação dos resultados de píon e kaon AMBER levará a uma melhor compreensão da interação entre os dois mecanismos de geração de massa da natureza:o mecanismo que dá aos hádrons suas massas e o mecanismo de Higgs, que dota partículas elementares massivas com massa.