Elektron iyon çarpıştırıcısı - Electron–ion collider

Bir elektron-iyon çarpıştırıcısı (EIC) bir tür parçacık hızlandırıcı çarpıştırıcı çarpışmak için tasarlanmış spin-polarize kirişler elektronlar ve iyonlar nükleer maddenin özelliklerini ayrıntılı olarak incelemek için derin esnek olmayan saçılma. 2012'de bir teknik inceleme[1] bir ABM hızlandırıcısının geliştirilmesini ve oluşturulmasını öneren yayınlanmıştır ve 2015 yılında, Enerji Bölümü Nükleer Bilim Danışma Komitesi (NSAC), bir elektron-iyon çarpıştırıcısının yapımını, yakın gelecek için en önemli önceliklerden biri olarak adlandırdı. nükleer Fizik Birleşik Devletlerde.[2]

2020'de, Amerika Birleşik Devletleri Enerji Bakanlığı, önümüzdeki on yıl içinde New York, Upton'daki Brookhaven Ulusal Laboratuvarı'nda (BNL) 1,6 ila 2,6 milyar dolarlık bir tahmini maliyetle bir EIC inşa edileceğini duyurdu.[3]

18 Eylül 2020'de, BNL'de EIC'nin geliştirilmesini ve kurulmasını resmi olarak başlatan bir kurdele kesme töreni düzenlendi.[4]

Önerilen tasarımlar

ABD'de, Brookhaven Ulusal Laboratuvarı 2020 on yılında inşa edilmesi planlanan bir EIC için beyan edilmiş bir tasarıma sahiptir. CERN için planları var LHeC. Bir elektron iyon çarpıştırıcısı için Çin ve Rusya planları da var.

eRHIC

Brookhaven Ulusal Laboratuvarı'nın kavramsal tasarımı eRHIC, mevcut Göreli Ağır İyon Çarpıştırıcısı Polarize protonlar dahil olmak üzere hafif ve ağır iyonları polarize elektron tesisi ile çarpıştıran.[5] 9 Ocak 2020'de, ABD Enerji Bakanlığı Bilim Bakanlığı Müsteşarı Paul Dabbar tarafından, BNL eRHIC tasarımının, gelecekteki bir EIC'nin tasarımı olarak Thomas Jefferson National Accelerator Facility tarafından ortaya konulan kavramsal tasarım yerine seçildiği duyuruldu. Birleşik Devletlerde. Yer seçimine ek olarak, BNL EIC'nin Enerji Bakanlığı'ndan CD-0 (görev ihtiyacı) aldığı açıklandı.[3]

LHeC

LHeC, mevcut LHC hızlandırıcısını kullanır ve elektronları ile çarpışmak için bir elektron hızlandırıcı ekler. hadronlar.[6] [7]

Teknik zorluklar

Polarizasyon

Elektron nükleon çarpışmalarının spin bağımlılığını anlamak için hem iyon ışını hem de elektron ışını polarize edilmelidir. Yüksek düzeyde polarizasyon elde etmek ve sürdürmek zordur. Nükleonlar ve elektronlar farklı sorunlar ortaya çıkarır. senkrotron radyasyonu. Bu, hem kendi kendine kutuplaşmaya yol açar. Sokolov Ternov etkisi ve etkileri nedeniyle depolarizasyon kuantum dalgalanmaları. Senkrotron radyasyonunun etkilerini göz ardı ederek, dönüşün hareketi Thomas BMT denklemi.

Yüksek Parlaklık Başarısı

parlaklık Elektronlar ve nükleonlar arasındaki etkileşim oranlarını belirler. Bir etkileşim modu ne kadar zayıfsa, sürecin yeterli bir ölçümüne ulaşmak için o kadar yüksek parlaklık gerekir. Parlaklık, çarpışan iki türün ışın boyutlarının çarpımı ile ters orantılıdır, bu da yayımlar Elektron ışını emisyonu (bir depolama halkası için), senkrotron radyasyondan difüzyon ve sönümleme arasındaki bir denge ile belirlenirken, iyon ışını için yayma, başlangıçta enjekte edilen değer tarafından belirlenir. İyon ışını yayımı, çeşitli yöntemlerle azaltılabilir. ışın soğutma, gibi elektron soğutma veya stokastik soğutma. Ek olarak, etkisi göz önünde bulundurulmalıdır. intrabeam saçılması, bu büyük ölçüde bir ısıtma etkisidir.

Bilimsel amaç

Bir elektron iyon çarpıştırıcısı, yüksek enerjili bir elektron aracılığıyla protonların ve nötronların alt yapısının araştırılmasına izin verir. Proton ve nötronlar, kuarklar, aracılığıyla etkileşim güçlü etkileşim aracılığıyla gluon Bu temel fenomenlerin incelenmesini kapsayan genel alan, nükleer Fizik genel kabul gören düşük seviyeli çerçeve Kuantum Kromodinamiği, kuarkların üç farklı olası değere sahip olarak tanımlanmasından kaynaklanan 'kromo' renk yükü (kırmızı, yeşil veya mavi).

Atom çekirdekleriyle ilgili kalan gizemlerden bazıları, nasıl nükleer özelliklerin çevirmek ve kitle kuarkların ve gluonların alt düzey kurucu dinamiklerinden ortaya çıkar. Araştırma projelerini kapsayan bu gizemlerin formülasyonları şunları içerir: proton spin krizi ve proton yarıçapı bulmacası.

İşbirliği

Electron Ion Collider kullanıcı grubu: [8]

Önceki elektron iyon çarpıştırıcıları

Geçmişte bir elektron iyon çarpıştırıcısı HERA içinde Hamburg, Almanya. Hera 1992'den 2007'ye kadar koştu ve elektronlarla protonları 318 GeV'luk bir kütle enerjisi merkezinde çarpıştı.

Referanslar

  1. ^ A. Accardi ve diğerleri, "Electron Ion Collider: The Next QCD Frontier - Hepimizi bağlayan yapıştırıcıyı anlama" 2012.
  2. ^ "Bilim Ofisi" (PDF).
  3. ^ a b "BİZE. Enerji Bakanlığı, Büyük Yeni Nükleer Fizik Tesisine Ev Sahipliği Yapması İçin Brookhaven Ulusal Laboratuvarını Seçti " 2020.
  4. ^ https://cerncourier.com/a/brookhaven-launches-electron-ion-collider/
  5. ^ E. C. Aschenauer ve diğerleri, "eRHIC Tasarım Çalışması: BNL'de Elektron-İyon Çarpıştırıcısı" 2014.
  6. ^ Abelleira Fernandez, J. L .; Adolphsen, C .; Akay, A. N .; Aksakal, H .; Albacete, J. L .; Alekhin, S .; Allport, P .; Andreev, V .; Appleby, R. B .; Arıkan, E .; Armesto, N .; Azuelos, G .; Bai, M .; Barber, D .; Bartels, J .; Behnke, O .; Behr, J .; Belyaev, A. S .; Ben-Zvi, I .; Bernard, N .; Bertolucci, S .; Bettoni, S .; Bisvval, S .; Blümlein, J .; Böttcher, H .; Bogacz, A .; Bracco, C .; Brandt, G .; Braun, H .; et al. (2012). "CERN Raporunda Makine ve Dedektör için Fizik ve Tasarım Kavramları Üzerine Büyük Bir Hadron Elektron Çarpıştırıcısı". Journal of Physics G: Nükleer ve Parçacık Fiziği. 39 (7): 075001. arXiv:1206.2913. Bibcode:2012JPhG ... 39g5001A. doi:10.1088/0954-3899/39/7/075001.
  7. ^ "CERN'de Büyük Hadron elektron Çarpıştırıcısı".
  8. ^ "Hoş Geldiniz! | Electron-Ion Çarpıştırıcı Kullanıcı Grubu".