Partikelacceleratorernes fremtid er her

Da Electron Ion Collider modtog klarsignal i januar 2020, det blev den eneste nye store accelerator i værkerne overalt i verden.

"Alle stjernerne flugter, "sagde Elke-Caroline Aschenauer, Brookhaven National Laboratory Staff Scientist og en leder i udviklingen af ​​EIC -planerne. "Vi har teknologien til at bygge denne unikke partikelaccelerator og detektor til at udføre de målinger, der sammen med den bagvedliggende teori, kan for første gang give svar på mangeårige grundlæggende spørgsmål inden for atomfysik. "

EIC er ikke det eneste Brookhaven -projekt, der skal omforme atom- og partikelfysik. Fremtidige data fra Relativistic Heavy Ion Collider kunne endelig opdage den undvigende chirale magnetiske effekt. I mellemtiden, planlagte acceleratorer kunne køre på bæredygtig energi, en drastisk afvigelse fra nutidens maskiner.

På et pressemøde under APS -aprilmødet i 2021, forskere vil diskutere, hvordan banebrydende acceleratorer kan kollidere med både energiforbrug og vores antagelser om materiens art.

En kraftfuld ny facilitet for atomfysik

"EIC's videnskabelige fremskridt vil hjælpe os alle til at forstå, hvor vi kommer fra, og hvordan det synlige stof omkring os er sammensat af dets elementære byggesten, "sagde Aschenauer.

Acceleratoren og detektoren fungerer som en slags kamera, tage 3D-billeder og film af elektroner, der kolliderer med polariserede protoner og ioner. Som en CT -scanner for atomer, EIC vil lade forskere se, hvordan kraftbærende gluonpartikler holder kvarker sammen, de indre komponenter i protoner og neutroner. Det vil også give indsigt i spin af fundamentale partikler.

Aschenauer vil give statusopdateringer fra det første år af EIC -projektet - et samarbejde mellem BNL og Thomas Jefferson National Accelerator Facility - og en oversigt over dets eksperimentelle udstyr.

På jagt efter den chirale magnetiske effekt

EIC vil bygge på Relativistic Heavy Ion Collider, som snart vil producere store egne resultater.

I sommeren 2021, dataanalyse vil sandsynligvis slutte med et eksperiment, der søger efter afgørende bevis for den chirale magnetiske effekt. Denne foreslåede effekt hjælper med at forklare mange grundlæggende træk ved standardmodellen og kan låse op, hvorfor vores univers indeholder overvældende mere stof end antimateriale, afgørende for menneskelig eksistens.

Jinfeng Liao, en teoretisk atomfysiker ved Indiana University Bloomington, vil dele vigtige forudsigelser om, hvad eksperimentet kan afsløre.

"Underskrifterne, som forudsagt af vores teoretiske undersøgelse, vise klart løfte om entydigt at fastslå eksistensen af ​​kiral magnetisk effekt i isobar -kollisionsforsøget, "sagde Liao.

Liao og kolleger skabte et brugerdefineret væskedynamikbaseret beregningsværktøj til at simulere eksperimentelle kollisioner og eventuelle ændringer, den chirale magnetiske effekt ville forårsage.

De viser, at det nye eksperiment har en bedre chance for at opdage effekten end tidligere forsøg, længe plaget af svage signaler og stærk baggrundsforurening. Forudsigelserne blev offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve .

At undersøge dybtgående subatomære spørgsmål kræver meget kraft.

"Store partikelacceleratorer bruger en chokerende stor mængde energi, "sagde Georg Hoffstaetter, professor ved Cornell University.

Han vil dele resultater fra Cornell-BNL Test Accelerator, eller CBETA, verdens første til at accelerere en stråle flere gange, mens han driver sig selv ved at genbruge stråleenergi. Det reducerer yderligere elbehovet med superledende og magnetisk udstyr.

Energy Recovery Linacs -teknologien, der muliggør testacceleratoren, kan føre til mindre partikelacceleratorer med højere strålestrømme og reduceret energiforbrug.

"Folk kan drage fordel af de industrielle applikationer af Energy Recovery Linacs ved at bruge bedre computerchips, ved at blive helbredt i strålebehandlingscentre, der styrer stråler med permanente magneter, eller ved at indånde acceleratorproducerede medicinske isotoper, "sagde Hoffstaetter.

Bygger på succesen med testacceleratoren, dens hovedforsker og Brookhaven Seniorfysiker Dejan Trbojevic vil præsentere designs til en ny grøn energikollider. Partikler hastighed langs racerbanens bjælkelinjer, fremstillet af permanente magneter af høj kvalitet, som ikke kræver brug af elektrisk strøm.

"Den" grønne accelerator "viser en helt ny måde at accelerere partikler med meget stram kontrol over deres bevægelse og med et ekstremt højt energiområde. Det har aldrig været gjort før, sagde Trbojevic.

Han vil demonstrere, hvordan EIC, samt en lignende accelerator under overvejelse hos Large Hadron Collider, kunne inkorporere de energibesparende funktioner.