Martedì, le Accademie nazionali di scienze, ingegneria e medicina hanno pubblicato un rapporto che approva a fondo un nuovo progetto di acceleratore di particelle chiamato Electron-Ion Collider (EIC). La firma è un passo significativo verso il decollo del progetto e portare la fisica delle particelle al livello successivo.
A differenza del Large Hadron Collider (LHC) in Europa, che rompe i protoni in protoni a una velocità prossima alla luce, la nuova macchina sprigionerebbe fasci di elettroni ad alta energia in protoni o ioni più pesanti, riporta Adrian Cho presso Science . Queste collisioni, il fisico nucleare di Notre Dame Ani Aprahamian, copresidente del rapporto, spiega a Cho, producono risultati più puliti e più facili da interpretare rispetto all'LHC ed è migliore per sondare come i quark e i gluoni all'interno dei protoni e dei nuclei atomici sono disposti.
Si scopre, mentre abbiamo fatto un ottimo lavoro nell'identificare nuove particelle elementari, o i pezzi che compongono protoni, neutroni e atomi, abbiamo ancora difficoltà a capire come si incastrano tutti insieme. Ancora non sappiamo nemmeno come sia realmente un protone - o un nucleo -.
Il fisico del MIT Richard Milner dice a Jennifer Chu del MIT News che il nuovo acceleratore sarebbe in grado di rispondere a tre domande principali: la prima è capire da dove proviene la massa di un protone, poiché può essere fino a 100 volte maggiore della massa di i pezzi che contiene. (Il peso dei tre quark legati insieme dalla forte forza nucleare prodotta dai gluoni rappresenta solo il 5 percento della massa di un protone.) In secondo luogo, i ricercatori sperano di comprendere meglio il concetto di momento angolare o "rotazione". Terzo, l'EIC potrebbe aiuta a rivelare come funzionano i gluoni, particelle che tengono insieme altre particelle. "I gluoni nella materia sono un po 'come la materia oscura nell'universo: invisibile ma che svolgono un ruolo cruciale", afferma Milner. "Un collettore di ioni elettroni rivelerebbe potenzialmente nuovi stati risultanti dalla stretta impaccamento di molti gluoni all'interno di nucleoni e nuclei."
Due laboratori nazionali sono già in competizione per ospitare l'acceleratore, anche se probabilmente passeranno diversi anni prima che il Dipartimento dell'Energia avvii ufficialmente il progetto. Si prevede che il progetto aggiornerà il collettore di ioni esistente presso il Brookhaven National Laboratory a Long Island, o il fascio di elettroni presso il Thomas Jefferson National Accelerator Laboratory a Newport News, in Virginia. Secondo Edwin Cartlidge at Nature, un rapporto del comitato consultivo per la scienza nucleare tre anni fa suggeriva che il progetto sarebbe costato almeno 1 miliardo di dollari.
La cronologia del progetto è in discussione. Il Dipartimento dell'Energia, che dovrebbe costruire la struttura, è attualmente nel mezzo del finanziamento di una struttura da 730 milioni di dollari per rari fasci di isotopi presso la Michigan State University, e probabilmente non avrà la capacità di gestire un altro progetto su larga scala fino a quando non sarà completo nel 2020.
Cartlidge sottolinea inoltre che i piani in Cina e al CERN in Europa sono attualmente in fase di sperimentazione anche per i collettori di ioni di elettroni e che i tre gruppi potrebbero aver bisogno di prendere in considerazione la possibilità di collaborare per far decollare il progetto in qualsiasi momento presto. E poi c'è la storia irta di Stati Uniti con acceleratori di particelle. Nel 1993, il Congresso cancellò il Super Collider Superconducting, un enorme acceleratore di particelle che avrebbe portato alla scoperta del bosone di Higgs e di altre particelle decenni prima che fosse scoperto all'LHC nel 2012. Il che significa che la politica poteva ostacolare l'EIC.
Cho riferisce che questo non sarebbe il primo EIC ad essere costruito. Una versione del progetto chiamata Hadron-Electron Ring Accelerator (HERA) è stata condotta in Germania tra il 1992 e il 2007 e ha portato alla scoperta del gluone. La versione americana del collider funzionerebbe a energie inferiori, ma avrebbe da 100 a 1.000 il numero di collisioni, producendo in modo esponenziale più dati.
Nel 2015, quando l'influente comitato consultivo per la scienza nucleare ha appoggiato pubblicamente la costruzione dell'EIC, Donald Geesaman, un fisico nucleare dell'Argonne National Laboratory in Illinois, e il presidente del NSAC, hanno parlato della necessità scientifica per la creazione dell'EIC, dichiarando: "Fino a quando non avremo l'EIC, ci sono enormi aree della fisica nucleare in cui non faremo progressi."
