Powstaje Zderzacz Elektronowo-Jonowy - najbardziej zaawansowany akcelerator cząstek w historii

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.