Dans les coulisses du collisionneur électron-ion, des accélérateurs verts qui ne gaspillent aucune énergie et l’effet magnétique chiral font leurs débuts cet été –

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  • Lorsque le collisionneur d’ions d’électrons a reçu le feu vert en janvier 2020, il est devenu le seul nouvel accélérateur majeur en cours de réalisation partout dans le monde.

    «Toutes les étoiles se sont alignées», a déclaré Elke-Caroline Aschenauer, scientifique du Brookhaven National Laboratory et chef de file dans l’élaboration des plans EIC. «Nous avons la technologie pour construire cet accélérateur et détecteur de particules unique pour effectuer les mesures qui, avec la théorie sous-jacente, peuvent pour la première fois apporter des réponses à des questions fondamentales de longue date en physique nucléaire.

    L’EIC n’est pas le seul projet de Brookhaven prêt à remodeler la physique nucléaire et la physique des particules. Les données à venir du collisionneur d’ions lourds relativistes pourraient enfin détecter l’insaisissable effet magnétique chiral. Pendant ce temps, les accélérateurs prévus pourraient fonctionner à l’énergie durable, une rupture radicale avec les machines d’aujourd’hui.

    Lors d’une conférence de presse lors de la réunion d’avril de l’APS 2021, les chercheurs discuteront de la manière dont les accélérateurs de pointe pourraient entrer en collision avec la consommation d’énergie et nos hypothèses sur la nature de la matière.

    Une nouvelle installation puissante pour la physique nucléaire

    «Les progrès scientifiques de l’EIC nous aideront tous à comprendre d’où nous venons et comment la matière visible qui nous entoure est composée de ses éléments de base», a déclaré Aschenauer.

    L’accélérateur et le détecteur serviront de sorte d’appareil photo, prenant des images 3D et des films d’électrons entrant en collision avec des protons et des ions polarisés. Tout comme un scanner pour les atomes, l’EIC permettra aux scientifiques de voir comment les particules de gluons porteuses de force maintiennent ensemble les quarks, les composants internes des protons et des neutrons. Il offrira également des informations sur le spin des particules fondamentales.

    Aschenauer donnera des mises à jour de l’état de la première année du projet EIC – une collaboration entre BNL et Thomas Jefferson National Accelerator Facility – et un aperçu de son équipement expérimental.

    À la recherche de l’effet magnétique chiral

    L’EIC s’appuiera sur le collisionneur d’ions lourds relativiste, qui produira bientôt ses propres résultats majeurs.

    À l’été 2021, l’analyse des données se conclura probablement sur une expérience à la recherche d’une preuve décisive de l’effet magnétique chiral. Cet effet proposé aide à expliquer de nombreuses caractéristiques fondamentales du modèle standard et pourrait expliquer pourquoi notre univers contient beaucoup plus de matière que d’antimatière, cruciale pour l’existence humaine.

    Jinfeng Liao, physicien nucléaire théorique à l’Université de l’Indiana à Bloomington, partagera des prédictions clés sur ce que l’expérience pourrait révéler.

    “Les signatures, comme prévu par notre étude théorique, montrent clairement la promesse d’établir sans ambiguïté l’existence d’un effet magnétique chiral dans l’expérience de collision isobare”, a déclaré Liao.

    Liao et ses collègues ont créé un outil de calcul personnalisé basé sur la dynamique des fluides pour simuler des collisions expérimentales et tout changement que l’effet magnétique chiral provoquerait.

    Ils montrent que la nouvelle expérience a une meilleure chance de détecter l’effet que les tentatives précédentes, longtemps en proie à des signaux faibles et à une forte contamination de fond. Les prédictions ont été publiées dans Lettres d’examen physique.

    Sonder des questions subatomiques profondes nécessite beaucoup de puissance.

    «Les gros accélérateurs de particules utilisent une quantité d’énergie extrêmement importante», a déclaré Georg Hoffstaetter, professeur à l’Université Cornell.

    Il partagera les résultats de l’accélérateur de test Cornell-BNL, ou CBETA, le premier au monde à accélérer un faisceau plusieurs fois tout en s’alimentant en réutilisant l’énergie du faisceau. Il réduit encore la demande d’électricité avec des équipements supraconducteurs et magnétiques.

    La technologie des Linac à récupération d’énergie qui active l’accélérateur de test pourrait conduire à des accélérateurs de particules plus petits avec des courants de faisceau plus élevés et une consommation d’énergie réduite.

    “Les gens peuvent bénéficier des applications industrielles des Linac à récupération d’énergie en utilisant de meilleures puces informatiques, en étant traités dans des centres de radiothérapie qui guident les faisceaux avec des aimants permanents, ou en inhalant des isotopes médicaux produits par des accélérateurs”, a déclaré Hoffstaetter.

    S’appuyant sur le succès de l’accélérateur de test, son chercheur principal et le physicien principal de Brookhaven Dejan Trbojevic présenteront les conceptions d’un nouveau collisionneur d’énergie verte. Les particules se déplacent le long des lignes de faisceau des circuits, formées d’aimants permanents de haute qualité qui ne nécessitent aucune utilisation d’énergie électrique.

    “L’accélérateur vert” montre une toute nouvelle façon d’accélérer les particules avec un contrôle très strict de leur mouvement et avec une gamme d’énergie extrêmement élevée. Cela n’a jamais été fait auparavant “, a déclaré Trbojevic.

    Il montrera comment l’EIC, ainsi qu’un accélérateur similaire envisagé au Grand collisionneur de hadrons, pourraient intégrer les fonctionnalités d’économie d’énergie.

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