电子-离子对撞机:一种精密工具，用于研究结合可见物质的“胶水” 事

十大正规网投平台_十大正规彩漂平台(中国)有限公司和布鲁克海文国家实验室的Abhay Deshpande教授， 阿贡国家实验室的Zein-Eddine Meziani博士概述了这种技术的潜力 计划中的电子-离子对撞机以及十大正规网投平台_十大正规彩漂平台(中国)有限公司宇宙的许多问题 它希望回答

的 电子-离子对撞机(EIC)，计划建在美国.S. 美国能源部(DOE) 布鲁克海文国家实验室，与…合作 托马斯·杰斐逊国家加速器设施(杰斐逊实验室)，将是研究一些最深的未被探索的隐窝的最先进的工具 原子的. 它将观察质子和中子，它们是构成 在原子核上，提供了前所未有的洞察这些粒子是如何内部的 积木——以及把它们粘在一起的胶状力——构成了这个结构 宇宙中几乎所有可见物质.

电子-离子对撞机科学:质量起源

十大正规网投平台_十大正规彩漂平台(中国)有限公司知道质子是由夸克和大量胶子组成的。. 那些胶子 同时继续产生夸克和反夸克对(称为海夸克). 所以，内部 一个质子的微观世界是充满的. 十大正规网投平台_十大正规彩漂平台(中国)有限公司可以假设这种丰富的 粒子可以解释质子的质量从何而来，但夸克几乎没有质量， 胶子没有质量. 如果十大正规网投平台_十大正规彩漂平台(中国)有限公司把组成质子的夸克的质量加起来， 它们只占质子总质量的1%左右.

剩下的99%在哪里? 令人惊讶的是，它似乎来自于相互作用 质子内部构件之间的能量. 事实上，看起来核子， 原子核，进而延伸到可见宇宙中所有的行星和星系 它们的质量是通过无质量胶子和几乎无质量夸克的相互作用产生的. 如何 这种情况会发生吗?? 电子离子对撞机将解决这个深刻而长期的问题 神秘.

自20世纪60年代以来，物理学家已经知道质子和中子是统称 作为核子，是由叫做夸克的基本粒子组成的，它们由 由胶子交换产生的力. 十大正规网投平台_十大正规彩漂平台(中国)有限公司称之为“强力”. 的 强作用力依赖于另一种叫做“色”的电荷的存在 收费的. “电荷”有正电荷和负电荷两种形式， 强力似乎有三种“颜色”(红、蓝、绿)。.

另一个重要的区别是，不像光子介导电磁 力，调解强作用力的胶子可以并且确实相互作用. 这是强大力量如此强大的特征之一. 事实上, 这使得在自然界中不可能找到自由夸克. 相反，夸克总是 被限制在复合粒子(如质子)内的. 然而，在质子内部， 夸克基本上可以自由移动.

尽管经过了六十多年的探索，十大正规网投平台_十大正规彩漂平台(中国)有限公司对它的认识和理解 夸克约束和质子内渐近自由之间的明显差异， 令人惊讶的是，胶子在强作用力相互作用中的作用也不足 与十大正规网投平台_十大正规彩漂平台(中国)有限公司对电磁力的理解相比——电磁力是当今科学的核心力量 电子技术. 十大正规网投平台_十大正规彩漂平台(中国)有限公司能做得更好吗?? 是的，但是十大正规网投平台_十大正规彩漂平台(中国)有限公司需要确定 胶子和更精确地理解它的胶状行为. 为此，十大正规网投平台_十大正规彩漂平台(中国)有限公司需要 EIC. 十大正规网投平台_十大正规彩漂平台(中国)有限公司所了解的也许能解开自然界最强大力量的秘密 应用这些知识的潜在新方法.

电子-离子对撞机科学:自旋的起源

夸克和胶子也有一种叫做自旋的性质——一种固有角动量的形式. 你可以把自旋想象成类似于地球绕自己的轴旋转，结果是 日日夜夜. 作为质子的一部分，质子也有一定的自旋 夸克和胶子自然会对质子的自旋有所贡献. 然而, 迄今为止进行的实验表明，夸克和胶子自旋只能解释 大约是质子总自旋的40-50%.

科学家认为质子剩余的自旋一定来自于运动 质子内部的夸克和胶子与质子的轨道角对齐 动量——对地球来说，动量就是地球围绕太阳的运动. 有充分的证据表明夸克和胶子在粒子内部有这种横向运动 质子，但是只有EIC能够测量这个运动是否与 角动量. 如果这是真的，那么就会出现一幅美丽而一致的画面 轨道运动解释了核子的自旋也产生了能量 夸克和胶子，同时解释了质子的质量.

EIC科学:胶子饱和

过去实验的测量表明原子核内的胶子数密度 高能量增加. 解释夸克-胶子相互作用的理论可以解释 这一增长. 然而，在极高的能量下，超出了实验的范围 探索了该理论和基础物理学的某些基本规则和论点 这表明胶子密度可以上升到多高是有上限的.

在这种状态下，饱和胶子物质的一种新状态，称为彩色玻璃 预计将形成凝析油(CGC). CGC的理论研究表明 它应该有一些非常有趣的特性，包括能量密度 高于或高于中子星核心的密度，中子星是地球上密度最大的物体 宇宙. 这种奇异的胶子物质真的存在吗? 如果有，是什么 它的性质以及十大正规网投平台_十大正规彩漂平台(中国)有限公司如何系统地研究它们? 如果CGC不存在，那么 是什么未知的物理机制限制了高能胶子的数量? 电子-离子对撞机将探索这个谜团.

EIC继续前进

认识到理解质量、自旋和势的起源的重要性 发现和研究核子和原子核中的饱和胶子态 国际物理学家团体概述了一台机器的参数 开始探索核物理学的新前沿.

大家一致要求构建一个高强度、高能量的电子-离子 对撞机在对撞光束中控制粒子的自旋方向. A 2018年的报告  来自美国国家科学、工程和医学院(NAS)的研究人员总结道 EIC科学是令人信服的、基础的和及时的.“2020年1月， U.S. 美国能源部(DOE)宣布，该设施将建在布鲁克海文 在纽约的国家实验室. 最近的一项审查将EIC的成本范围设定为 be $1.7-2.80亿美元来自美国能源部科学办公室，预计将贡献1亿美元 来自纽约州.

一个由物理学家、技术人员、工程师和其他来自布鲁克海文的专业人士组成的团队 实验室和杰斐逊实验室，以及来自世界各地的其他合作伙伴， 现在正在努力使EIC成为现实. 该团队希望在 2024年，目标是在本世纪30年代实现对撞机运行.

环境管理中心将有以下主要特点:

高亮度:EIC将以每1 × 1034次的速率产生粒子碰撞 平方厘米每秒. 大量的碰撞(也被称为高亮度) 意味着大量的数据.

高极化:电子和一些离子束都会被极化，使 EIC是世界上唯一拥有这种能力的设施. 这意味着粒子 自旋可以以一种特殊的方式排列. EIC物理学家将使极化粒子发生碰撞 研究它们内部的自旋和轨道运动是如何起作用的 他们的整体旋转.

高能:EIC将产生质心能量可变的碰撞， 从200亿电子伏特到1400亿电子伏特. 在普通事物的尺度上， 这比两只蚊子相撞的能量还少. 但是，在电子的尺度上 与质子碰撞，它足以产生高分辨率的快照 质子的内部组件.

不同的离子种类:EIC的离子源，已经在相对论中使用 重离子对撞机(RHIC)和邻近的NASA空间辐射实验室，可以提供 元素周期表上几乎所有元素的离子. 光离子束(质子、氘核、 氦-3就会从它们的源头产生极化. EIC科学家将使用广泛 光束范围，从质子到重离子，探索离子大小等特征 原子核会影响夸克和胶子的性质和相互作用.

设计EIC探测器

世界各地的科学家也在努力设计探测器系统 充分利用EIC的技术能力. 的 电子商务用户组(EICUG) 于2016年正式成立，并一直积极与布鲁克海文 实验室和杰弗逊实验室的管理团队和能源部一起制定计划. 从大约开始 700名科学家，这个小组现在已经发展到1300多名参与者 250个机构和33个国家. 等到EIC准备好投入运营的时候，一些 预计将有2000名科学家进行实验.

EIC项目管理团队发布了探测器合作建议 2021年2月. 这一呼吁正式启动了探测器设计的细化过程 以及实验合作的形成. 三个小组提交了详细的计划， 目前正在接受布鲁克海文实验室和杰斐逊任命的外部委员会的审查 实验室管理团队.

理想情况下，EIC科学家希望建造两个互补的探测器，这样他们就可以 收集不同类型的数据和/或交叉检查彼此的发现. 布鲁克海文国家实验室的 对于这种大型EIC探测器，对撞机复合体有两个相互作用区域. 的 能源部科学办公室的EIC项目包括为加速器提供资金， 一个相互作用区域，一个探测器.

作为电子-离子对撞机团队合作建设战略的一部分，该项目 小组和用户组正在努力吸引更多的资金来源，包括国际资金来源 和非能源部基金. 这些额外的非能源部资金可能会 用于在第二相互作用区建立互补探测系统 最大限度地提高EIC综合设施的科学产出. EIC项目已经准备就绪 探讨所有这种可能性，并欢迎任何这种合作倡议 来自世界各地.

社会福利

EIC将是世界上最复杂的加速器项目之一 和运营. 其操作的多功能性和灵活性使EIC具有挑战性 但是令人兴奋的机器. 参与该项目的物理学家和工程师 将开发许多最先进(或超越)的加速器技术来制造 这种机器将在未来几年内成为现实. 如此具有挑战性的努力将 吸引世界上最有才华和雄心勃勃的加速器科学家. 合作 正在与领先的国家和国际加速器实验室合作 贡献并参与EIC设计. 类似的国际合作 一旦探测器建设开始，当EIC开始运行时，预计会出现什么.

这种设计和开发新技术的集中努力可能会产生火花 影响远远超出核物理领域的创新. 癌症治疗 这是一个例子. 与EIC相关的粒子束改进可能会导致改进 用于治疗癌症的粒子束的传输和质量降低了成本和 提高效率和效能.

另一个潜在的影响可能是工业中使用的加速器的改进 例如，为了测试计算机芯片，研究电池和太阳能电池的新材料， 发展替代能源和清洁能源技术. 这些改进也会 有利于生物医药行业，在那里加速器被用来研究不同的种类 蛋白质，包括用于药物和疫苗的研制，以及用于检查和保存 十大正规网投平台_十大正规彩漂平台(中国)有限公司的食物供应安全.

研发(R&D)预期的电子-离子对撞机探测器 组件还将推动技术的发展，并带来新的想法 是否可以直接导出用于安全操作，例如识别 非法药品在密闭货物集装箱内或用于识别其他国家安全(敏感) 材料.

此外，EIC需要高效的数据收集、存储和分析 计算机技术的进步是否会扩展到金融、气候等其他领域 建模和其他数据密集型挑战.

最后，或许也是最重要的一点，通过吸引最好的科学技术， 来自世界各地的工程和数学(STEM)劳动力来建造和运行 在EIC，十大正规网投平台_十大正规彩漂平台(中国)有限公司将为明天建立一支精通技术的劳动力队伍，同时也建立 连接世界各国的桥梁.

来自不同国籍和文化的学生和研究人员将齐聚一堂 研究核能领域一些最具挑战性的概念和技术问题 粒子科学，加速器和探测器技术，同时也在学习 十大正规网投平台_十大正规彩漂平台(中国)有限公司彼此. 从长远来看，通过这些合作，他们可以成为 世界各国和文化之间的和平与友谊大使. 他们开发的工具、技术和联系将造福于许多人 未来几十年.