Zderzacz Elektronowo-Jonowy (EIC) to nowy akcelerator cząstek, który pozwoli odkryć jedne z najbardziej elementarnych tajemnic materii. Prace nad nim już trwają, ale minie kolejne 10 lat, zanim instrument będzie gotowy. Warto jednak czekać na ten moment.
Do 1956 r. naukowcy sądzili, że protony i neutrony, które tworzą jądro atomu, są najbardziej fundamentalnymi cząstkami w przyrodzie. Kiedy jednak laureat Nagrody Nobla, fizyk Robert Hofstadter, wystrzelił wysokoenergetyczne elektrony w kierunku małej fiolki z wodorem w Stanford Linear Accelerator Center, otworzył drzwi do nowej ery fizyki. Zmieniło się nasze postrzeganie materii.
Zespół Hofstadtera zaobserwował niewielkie odchylenia w sposobie, w jaki elektrony "rozpraszały się", czyli odbijały od wodoru. Sugerowało to, że w jądrze jest coś więcej niż tylko niepodzielne elektrony i neutrony. Kolejne lata powołały do życia akceleratory cząstek - dzisiaj stanowią one podstawę eksperymentów fizycznych, z Wielki Zderzacz Hadronów w CERN pozwolił na wiele przełomowych odkryć.
Najnowszy akcelerator - Zderzacz Elektronowo-Jonowy (EIC) - który ma powstać w ciągu najbliższej dekady w Brookhaven National Laboratory na Long Island, może przenieść nasze zrozumienie jądra atomowego na nowy poziom.
Dzisiaj naukowcy już wiedzą, że podstawowymi cegiełkami materii są cząstki zwane kwarkami i gluonami. Składają się one na hadrony, do których zaliczamy m.in. protony. Niektórzy porównują strukturę materii do klocków LEGO, które łącząc się ze sobą, tworzą większe obiekty. Kwarki i gluony to statyczne klocki, a teoria zwana chromodynamiką kwantową opisuje, jak działają oddziaływania silne między kwarkami, w czym uczestniczą gluony (nośniki siły). Niestety, nie wyjaśnia ona własności protonu. Nie jest to kwestią nieodpowiedniej mocy obliczeniowej, a nieodpowiednich równań, które same w sobie są po prostu nierozwiązywalne. Dlatego eksperymenty dotyczące hadronów są tak ważne, a pomagają w nich akceleratory cząstek.
Mimo iż nasze rozumienie materii w nanoskali znacznie się poprawiło przez ostatnie 60 lat, to wciąż jest wiele tajemnic, których wyjaśnić nie umiemy, np. jak to się dzieje, że kwarki zostają zamknięte w hadronie? Skąd się bierze masa protonu, skoro tworzą je niemal bezmasowe kwarki? Odpowiedzieć na te pytania pomoże EIC.
Nowy akcelerator będzie wykorzystywał intensywną wiązkę elektronów jako sondę, pozwalającą na rozcięcie protonu i przyjrzenie się jego wnętrznościom. Jak sama nazwa wskazuje, będzie to możliwe dzięki zderzeniu wiązki elektronów z wiązką protonów lub jonów i sprawdzeniu, jak elektrony się rozpraszają. EIC będzie pierwszym tego typu urządzeniem na świecie.
Efekty rozpraszania są bardzo rzadkie - obserwuje się je raz na miliard zderzeń. EIC pozwoli na badanie tych procesów i całkowite odkrycie tajemnicy protonów oraz neutronów. Możliwe także, że EIC umożliwi podejrzenie czystych gluonów - nigdy wcześniej się to nie udało.
EIC będzie obsługiwany przez naukowców z całego świata. Zanim akcelerator powstanie, prawdopodobnie minie kolejna dekada.
