Op dinsdag brachten de National Academies of Sciences, Engineering en Medicine een rapport uit met een volledige goedkeuring voor een nieuw deeltjesversnellerproject genaamd de Electron-Ion Collider (EIC). De sign-off is een belangrijke stap om het project van de grond te krijgen en de deeltjesfysica naar een hoger niveau te tillen.
In tegenstelling tot de Large Hadron Collider (LHC) in Europa, die met bijna lichte snelheid protonen in protonen slaat, zou de nieuwe machine energierijke elektronenstralen in protonen of zwaardere ionen spuiten, meldt Adrian Cho bij Science . Deze botsingen, nucleaire fysicus Ani Aprahamian, Notre Dame, medevoorzitter van het rapport, legt aan Cho uit, produceren schonere en gemakkelijker te interpreteren resultaten in vergelijking met de LHC en is beter voor het onderzoeken van hoe de quarks en gluonen in protonen en atoomkernen zijn geregeld.
Hoewel we behoorlijk goed werk hebben verricht bij het identificeren van nieuwe elementaire deeltjes, of de stukjes en beetjes waaruit protonen, neutronen en atomen bestaan, hebben we nog steeds moeite om erachter te komen hoe ze allemaal in elkaar passen. We weten nog steeds niet eens hoe een proton - of een kern - er echt uitziet.
MIT-fysicus Richard Milner vertelt Jennifer Chu bij MIT News dat de nieuwe versneller drie hoofdvragen zou kunnen beantwoorden: De eerste is om te begrijpen waar de massa van een proton vandaan komt, omdat deze tot 100 keer groter kan zijn dan de massa van de stukjes en beetjes die het bevat. (Het gewicht van de drie quarks samengebonden door de sterke nucleaire kracht geproduceerd door gluonen is goed voor slechts 5 procent van de massa van een proton.) Ten tweede hopen onderzoekers het concept van hoekmomentum of "spin" beter te begrijpen. Ten derde kan de EIC helpen onthullen hoe gluonen, deeltjes die andere deeltjes bij elkaar houden, werken. "Lijm in materie lijkt een beetje op donkere materie in het universum: ongezien maar een cruciale rol spelen, " zegt Milner. "Een elektron-ionenbotser zou mogelijk nieuwe toestanden kunnen onthullen die het gevolg zijn van de dichte verpakking van veel gluonen in nucleonen en kernen."
Twee nationale laboratoria concurreren al om het gaspedaal te hosten, hoewel het waarschijnlijk enkele jaren zal duren voordat het ministerie van Energie het project officieel lanceert. De verwachting is dat het project de bestaande ionenbotser in het Brookhaven National Laboratory in Long Island, of de elektronenstraal in het Thomas Jefferson National Accelerator Laboratory in Newport News, Virginia, zou upgraden. Volgens Edwin Cartlidge van Nature suggereerde een rapport van het Nuclear Science Advisory Committee drie jaar geleden dat het project minstens $ 1 miljard zou kosten.
De tijdlijn voor het project is in kwestie. Het ministerie van Energie, dat de faciliteit zou bouwen, is momenteel bezig met het financieren van een faciliteit van $ 730 miljoen voor zeldzame isotopenstralen aan de Michigan State University, en heeft waarschijnlijk niet de capaciteit om nog een grootschalig project te beheren totdat dat voltooid is in 2020.
Cartlidge wijst er ook op dat plannen in China en bij CERN in Europa momenteel ook worden beconcurreerd voor elektron-ionenrijders en dat de drie groepen wellicht moeten overwegen samen te werken om het project snel van de grond te krijgen. En dan is er de geschiedenis van de Verenigde Staten met deeltjesversnellers. In 1993 annuleerde het Congres de Supergeleidende Super Collider, een enorme deeltjesversneller die de ontdekking van het Higgs-boson en andere deeltjes zou hebben geleid, tientallen jaren voordat het in 2012 op de LHC werd ontdekt. Dat wil zeggen dat de politiek in de weg zou kunnen staan het EIC.
Cho meldt dat dit niet het eerste EIC zou zijn dat werd gebouwd. Een versie van het project genaamd de Hadron-Electron Ring Accelerator (HERA) werd uitgevoerd in Duitsland tussen 1992 en 2007 en leidde tot de ontdekking van het gluon. De Amerikaanse versie van de botser zou op lagere energieën werken, maar zou 100 tot 1.000 het aantal botsingen hebben, wat exponentieel meer gegevens zou produceren.
Toen het invloedrijke Nuclear Science Advisory Committee in 2015 publiekelijk de bouw van de EIC onderschreef, spraken Donald Geesaman, een kernfysicus bij Argonne National Laboratory in Illinois, en de voorzitter van NSAC, de wetenschappelijke behoefte aan de oprichting van de EIC, en verklaarde: "Totdat we de EIC hebben, zijn er enorme gebieden van nucleaire fysica waar we geen vooruitgang in zullen boeken."
