Las preguntas científicas que podrían ser respondidas por un colisionador de iones de electrones (EIC), un acelerador de partículas a gran escala, son importantes para avanzar en nuestra comprensión de los núcleos atómicos que componen toda la materia visible en el universo. dice un nuevo informe de las Academias Nacionales de Ciencias, Ingenieria, y Medicina. Más allá de su impacto en la ciencia nuclear, Los avances hechos posibles por un EIC podrían tener beneficios de gran alcance para la economía impulsada por la ciencia y la tecnología de la nación, así como para mantener el liderazgo de EE. UU. en física nuclear y en tecnologías de colisionadores y aceleradores.
El Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) pidió a las Academias Nacionales que examinaran la importancia científica de un EIC, así como las implicaciones internacionales de la construcción de instalaciones EIC nacionales. El comité que realizó el estudio y redactó el informe concluyó que la ciencia que podría abordar un EIC es convincente y proporcionaría respuestas difíciles de alcanzar sobre la naturaleza del asunto. Un EIC permitiría a los científicos investigar dónde los quarks y gluones, las diminutas partículas que forman los neutrones y protones, están ubicados dentro de protones y neutrones, como se mueven, y cómo interactúan juntos. Mientras que el famoso mecanismo de Higgs explica las masas de los quarks, la porción más significativa de la masa de un protón o neutrón proviene de sus gluones y sus interacciones. Las preguntas cruciales que respondería un EIC incluyen el origen de la masa de núcleos atómicos, el origen del espín de neutrones y protones, una propiedad fundamental que hace posible la resonancia magnética (MRI), cómo los gluones mantienen unidos los núcleos, y si existen formas emergentes de materia hechas de gluones densos.
El informe dice que una nueva instalación de aceleración EIC tendría capacidades más allá de todas las máquinas de dispersión de electrones anteriores en los EE. UU. Europa, y Asia. Se requieren altas energías y luminosidades, la medida de la velocidad a la que ocurren las colisiones de partículas, para lograr la resolución fina necesaria, y para alcanzar tales intensidades y niveles de energía se requiere un colisionador donde haces de electrones chocan contra haces de protones o iones más pesados. Comparando todas las instalaciones de aceleradoras existentes y propuestas en todo el mundo, el comité concluyó que un EIC con alta energía y luminosidad, y haces de iones y electrones altamente polarizados, sería único y estaría en condiciones de ampliar en gran medida nuestra comprensión de la materia visible.
"Un EIC sería el acelerador más sofisticado y desafiante propuesto actualmente para la construcción en los EE. UU. Y avanzaría significativamente en la ciencia de los aceleradores, y más específicamente ciencia y tecnologías de colisión, aquí y en todo el mundo, "dijo el copresidente del comité Gordon Baym, Profesor Emérito del Centro de Estudios Avanzados, George y Ann Fisher, profesora distinguida de ingeniería emérita, y profesor de investigación en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. "La realización de un EIC es absolutamente crucial para mantener la salud del campo de la física nuclear en los Estados Unidos y abriría nuevas áreas de investigación científica".
En la actualidad, el Laboratorio Nacional Brookhaven (BNL) en Long Island, Nueva York, tiene un colisionador de iones pesado, y el Laboratorio Nacional Acelerador Thomas Jefferson (JLab) en Newport News, Virginia, tiene haces de electrones muy energéticos. Ambos laboratorios han propuesto conceptos de diseño para un EIC que usaría su infraestructura ya disponible, pericia, y experiencia. El informe, sin favorecer a uno sobre el otro, dice que aprovechar las instalaciones existentes haría que el desarrollo de un EIC fuera rentable y reduciría los riesgos asociados que conlleva la construcción de una gran instalación de aceleración. Si bien ambos laboratorios tienen diseños bien desarrollados para un EIC, ambos requerirían una considerable I + D para responder plenamente a las preguntas científicas apremiantes. El informe indica que la inversión en I + D del DOE ha sido y seguirá siendo crucial para minimizar los riesgos de diseño de manera oportuna y para abordar los desafíos pendientes del acelerador.
El comité agregó que junto con el avance de la ciencia nuclear, un EIC también beneficiaría a otras áreas como la astrofísica, partículas fisicas, física del acelerador, y modelado teórico y computacional. También jugaría un papel valioso en el sostenimiento de la fuerza laboral de física nuclear de los EE. UU. En las próximas décadas. Es más, tendría un papel importante en el avance más amplio de las tecnologías que resultarían de la investigación y el desarrollo emprendidos en la implementación y construcción de un EIC en los EE. UU. El informe enfatiza que un EIC es el único colisionador de alta energía que se planea construir en los Estados Unidos actualmente, y la construcción de una instalación de este tipo mantendría el liderazgo de los EE. UU. en la ciencia de los colisionadores de aceleradores al tiempo que beneficiaría a las ciencias físicas.
"La ciencia que lograría un EIC es simplemente única y garantizaría el liderazgo de EE. UU. En ciencia nuclear, así como la ciencia y tecnología del acelerador de colisionadores en todo el mundo, "dijo el copresidente del comité, Ani Aprahamian, Profesor Freimann de Física Nuclear Experimental en la Universidad de Notre Dame.
