Hispanopedia WikiUn colisionador electrón-ión ( EIC ) es un tipo de acelerador de partículas diseñado para colisionar haces de electrones e iones polarizados en espín , con el fin de estudiar en detalle las propiedades de la materia nuclear mediante dispersión inelástica profunda . En 2012, se publicó un documento técnico [ 1 ] que proponía el desarrollo y la construcción de un acelerador EIC, y en 2015, el Comité Asesor de Ciencia Nuclear del Departamento de Energía (NSAC) designó la construcción de un colisionador electrón-ión como una de las principales prioridades para el futuro cercano en física nuclear en los Estados Unidos. [ 2 ]
En 2020, el Departamento de Energía de los Estados Unidos anunció que se construirá un EIC durante los próximos diez años en el Laboratorio Nacional de Brookhaven (BNL) en Upton, Nueva York , con un costo estimado de entre 1.600 y 2.600 millones de dólares. [ 3 ] El Centro Nacional de Aceleradores Thomas Jefferson (Laboratorio Jefferson o JLab) es un socio importante en el proyecto del Colisionador Electrones-Iones.
El 18 de septiembre de 2020 se celebró una ceremonia de inauguración en BNL, dando inicio oficialmente al desarrollo y la construcción del EIC. [ 4 ]
Diseños propuestos
En Europa, el CERN tiene planes para el LHeC . También existen planes chinos y rusos para un colisionador de electrones e iones.
LHeC
El LHeC utilizaría el acelerador LHC existente y añadiría un acelerador de electrones para colisionar electrones con hadrones . [ 5 ] [ 6 ]
Desafíos técnicos
Polarización
Para comprender la dependencia del espín en las colisiones electrón-nucleón, tanto el haz de iones como el haz de electrones deben estar polarizados. Lograr y mantener altos niveles de polarización es un desafío. Los nucleones y los electrones plantean problemas diferentes. La polarización de los electrones se ve afectada por la radiación sincrotrón . Esto da lugar tanto a la autopolarización mediante el efecto Sokolov-Ternov como a la despolarización debido a los efectos de las fluctuaciones cuánticas . Si se ignoran los efectos de la radiación sincrotrón, el movimiento del espín sigue la ecuación de Thomas BMT .
Logro de alta luminosidad
La luminosidad determina las tasas de interacción entre electrones y nucleones. Cuanto más débil sea un modo de interacción, mayor será la luminosidad requerida para alcanzar una medición adecuada del proceso. La luminosidad es inversamente proporcional al producto de los tamaños de los haces de las dos especies que colisionan, lo que implica que cuanto menores sean las emitancias de los haces, mayor será la luminosidad. Mientras que la emitancia del haz de electrones (para un anillo de almacenamiento) está determinada por un equilibrio entre la amortiguación y la difusión de la radiación sincrotrón, la emitancia del haz de iones está determinada por el valor inyectado inicialmente. La emitancia del haz de iones puede disminuirse mediante diversos métodos de enfriamiento del haz , como el enfriamiento de electrones o el enfriamiento estocástico . Además, se debe considerar el efecto de la dispersión intrahaz , que es principalmente un efecto de calentamiento.
Propósito científico
Un colisionador electrón-ión permite sondear la subestructura de protones y neutrones mediante un electrón de alta energía. Los protones y neutrones están compuestos de quarks , que interactúan a través de la interacción fuerte mediada por gluones . El ámbito general que abarca el estudio de estos fenómenos fundamentales es la física nuclear , cuyo marco teórico de bajo nivel generalmente aceptado es la cromodinámica cuántica , cuyo prefijo «cromo» proviene del hecho de que los quarks se describen con tres posibles valores diferentes para la carga de color (rojo, verde o azul).
Algunos de los misterios que aún persisten en torno a los núcleos atómicos incluyen cómo las propiedades nucleares, como el espín y la masa, surgen de la dinámica de los constituyentes de nivel inferior, como los quarks y los gluones. Entre las formulaciones de estos misterios, que abarcan proyectos de investigación, se encuentran la crisis del espín del protón y el enigma del radio del protón .
Colaboración
El grupo de usuarios del Colisionador Electrones-Iones está formado por más de 1400 físicos de más de 290 laboratorios y universidades de 38 países de todo el mundo. [ 7 ]
Editores jefes anteriores
Un ejemplo de colisionador de electrones e iones en el pasado fue HERA, en Hamburgo , Alemania. HERA estuvo en funcionamiento desde 1992 hasta 2007 y colisionó electrones y protones a una energía en el centro de masa de 318 GeV.
Referencias
- ↑ A. Accardi et al., "Colisionador de electrones e iones: la próxima frontera de la QCD: comprender el pegamento que nos une a todos" , 2012.
- ↑ "Oficina de Ciencia" (PDF) .
- ↑ "El Departamento de Energía de EE. UU. selecciona el Laboratorio Nacional de Brookhaven para albergar una nueva e importante instalación de física nuclear" 2020.
- ↑ "Brookhaven lanza un colisionador de electrones e iones" . 21 de septiembre de 2020.
- ↑ Abelleira Fernández, JL; Adolfsen, C.; Bien, AN; Aksakal, H.; Albacete, JL; Alekhin, S.; Allport, P.; Andreev, V.; Appleby, RB; Arikan, E.; Armesto, N.; Azuelos, G.; Bai, M.; Barbero, D.; Bartels, J.; Behnke, O.; Behr, J.; Belyaev, AS; Ben-Zvi, I.; Bernardo, N.; Bertolucci, S.; Bettoni, S.; Biswal, S.; Blümlein, J.; Böttcher, H.; Bogacz, A.; Braco, C.; Brandt, G.; Braun, H.; et al. (2012). "Un gran colisionador de electrones de hadrones en el informe del CERN sobre conceptos de física y diseño para máquinas y detectores". Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics . 39 (7) 075001. arXiv : 1206.2913 . Bibcode : 2012JPhG...39g5001A . doi : 10.1088/0954-3899/39/7/075001 . S2CID 52498118 .
- ↑ "Un gran colisionador de electrones de hadrones en el CERN" .
- ↑ "¡Bienvenidos! | Grupo de Usuarios del Colisionador Electrón-Ión" .
- aceleradores de partículas