O Colisor Eletron-Íon (EIC) vai sondar a estrutura interna da matéria nuclear como ela existe hoje. Elétrons colidindo com íons trocarão fótons virtuais com as partículas nucleares para ajudar os cientistas a "ver" dentro das partículas nucleares. As colisões produzirão instantâneos 3D de precisão do arranjo interno de quarks e glúons dentro da matéria nuclear comum, como uma combinação de tomografia computadorizada / ressonância magnética para átomos. Os elétrons podem "selecionar" quarks individuais dos prótons que constituem os núcleos. Estudar como esses quarks se recombinam para formar partículas compostas informará nosso entendimento de como a matéria visível de hoje evoluiu a partir do QGP estudado no Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC). Crédito:Laboratório Nacional de Brookhaven
Quando o Colisor de íons de elétrons recebeu o sinal verde em janeiro de 2020, tornou-se o único novo grande acelerador em funcionamento em qualquer parte do mundo.
"Todas as estrelas alinhadas, "disse Elke-Caroline Aschenauer, Cientista da equipe do Laboratório Nacional de Brookhaven e líder no desenvolvimento de planos de EIC. "Temos a tecnologia para construir este acelerador e detector de partículas exclusivo para fazer as medições que, junto com a teoria subjacente, pode, pela primeira vez, fornecer respostas a questões fundamentais de longa data na física nuclear. "
O EIC não é o único projeto Brookhaven pronto para remodelar a física nuclear e de partículas. Os próximos dados do Relativistic Heavy Ion Collider poderiam finalmente detectar o elusivo efeito magnético quiral. Enquanto isso, aceleradores planejados poderiam funcionar com energia sustentável, uma saída drástica das máquinas de hoje.
Em uma conferência de imprensa durante a Reunião APS de abril de 2021, os pesquisadores discutirão como os aceleradores de ponta podem colidir tanto com o consumo de energia quanto com nossas suposições sobre a natureza da matéria.
Uma nova e poderosa instalação para física nuclear
"Os avanços científicos da EIC nos ajudarão a entender de onde viemos e como a matéria visível ao nosso redor é composta de seus blocos de construção elementares, "disse Aschenauer.
Medições experimentais do efeito magnético quiral (CME). Uma ilustração do padrão de correlação angular de hadron no plano (x-y) transversal ao eixo do feixe z em uma colisão de íons pesados. O CME induz uma assimetria na emissão de hádrons positivos e negativos ao longo do eixo do campo magnético. Crédito:Dmitri E. Kharzeev e Jinfeng Liao / Nature Reviews Physics
O acelerador e o detector servirão como uma espécie de câmera, tirar imagens 3-D e filmes de elétrons colidindo com prótons polarizados e íons. Como um tomógrafo para átomos, o EIC permitirá que os cientistas vejam como as partículas de glúon portadoras de força mantêm quarks unidos, os componentes internos de prótons e nêutrons. Ele também oferecerá insights sobre o spin das partículas fundamentais.
Aschenauer dará atualizações de status do primeiro ano do projeto EIC - uma colaboração entre o BNL e o Thomas Jefferson National Accelerator Facility - e uma visão geral de seu equipamento experimental.
Procurando o efeito magnético quiral
O EIC será baseado no Colisor Relativístico de Íons Pesados, que em breve produzirá seus próprios resultados importantes.
No verão de 2021, a análise de dados provavelmente concluirá em um experimento em busca de uma prova decisiva do efeito magnético quiral. Este efeito proposto ajuda a explicar muitas características fundamentais do Modelo Padrão e pode revelar por que nosso universo contém esmagadoramente mais matéria do que antimatéria, crucial para a existência humana.
Jinfeng Liao, um físico nuclear teórico da Indiana University Bloomington, compartilhará as principais previsões sobre o que o experimento pode descobrir.
A animação mostra como diferentes partículas de energia se movem através do acelerador gradiente linear alternado de campo fixo. Crédito:Stephen Brooks
"As assinaturas, como previsto por nosso estudo teórico, mostram uma promessa clara de estabelecer de forma inequívoca a existência de efeito magnético quiral no experimento de colisão isobar, "disse Lião.
Liao e seus colegas criaram uma ferramenta computacional personalizada baseada em dinâmica de fluidos para simular colisões experimentais e quaisquer alterações que o efeito magnético quiral pudesse causar.
Eles mostram que o novo experimento tem uma chance melhor de detectar o efeito do que as tentativas anteriores, há muito atormentado por sinais fracos e forte contaminação de fundo. As previsões foram publicadas em Cartas de revisão física .
Sondar questões subatômicas profundas requer muito poder.
"Grandes aceleradores de partículas usam uma quantidade chocantemente grande de energia, "disse Georg Hoffstaetter, professor da Cornell University.
Ele compartilhará os resultados do Acelerador de Teste Cornell-BNL, ou CBETA, o primeiro do mundo a acelerar um feixe várias vezes enquanto se alimenta por meio da reutilização da energia do feixe. Ele reduz ainda mais as demandas de eletricidade com equipamentos supercondutores e magnéticos.
O acelerador de teste Cornell-BNL. Crédito:CLASSE
A tecnologia Energy Recovery Linacs que habilita o acelerador de teste pode levar a aceleradores de partículas menores com correntes de feixe mais altas e consumo de energia reduzido.
"As pessoas podem se beneficiar das aplicações industriais dos Linacs de Recuperação de Energia usando melhores chips de computador, por ser curado em centros de terapia de radiação que orientam os feixes com ímãs permanentes, ou por inalação de isótopos médicos produzidos por aceleradores, "disse Hoffstaetter.
Com base no sucesso do acelerador de teste, seu principal investigador e físico sênior de Brookhaven, Dejan Trbojevic, apresentará projetos para um novo colisor de energia verde. A velocidade das partículas ao longo das linhas de feixe da pista de corrida, formada por ímãs permanentes de alta qualidade que não requerem o uso de energia elétrica.
"O 'acelerador verde' mostra uma forma completamente nova de acelerar as partículas com um controle muito rígido de seu movimento e com uma faixa de energia extremamente alta. Isso nunca foi feito antes, "disse Trbojevic.
Ele demonstrará como o EIC, bem como um acelerador semelhante em consideração no Grande Colisor de Hádrons, poderia incorporar os recursos de economia de energia.
