Το Υπουργείο Ενέργειας επιλέγει τη Νέα Υόρκη έναντι της Βιρτζίνια για τη θέση του νέου επιταχυντή σωματιδίων
Η επόμενη μηχανή των ονείρων των πυρηνικών φυσικών θα κατασκευαστεί στο Εθνικό Εργαστήριο Brookhaven στο Άπτον της Νέας Υόρκης, ανακοίνωσαν σήμερα αξιωματούχοι του Υπουργείου Ενέργειας (DOE). Ο Επιταχυντής Ηλεκτρονίων-Ιόντων (EIC) θα συνθέσει μια δέσμη ηλεκτρονίων υψηλής ενέργειας σε ένα από τα πρωτόνια για να διερευνήσει τα μυστηριώδη εσωτερικά του πρωτονίου. Το μηχάνημα θα κοστίσει μεταξύ 1,6 και 2,6 δισεκατομμυρίων δολαρίων και θα πρέπει να είναι σε λειτουργία έως το 2030, δήλωσε ο Paul Dabbar, υφυπουργός επιστήμης του DOE, σε μια τηλεφωνική ενημέρωση τύπου.
«Θα είναι ο πρώτος ολοκαίνουργιος επιταχυντής Greenfield που κατασκευάστηκε στη χώρα εδώ και δεκαετίες», δήλωσε ο Dabbar. "Οι ΗΠΑ βρίσκονται στην πρώτη θέση στην πυρηνική φυσική από το τέλος του Β' Παγκοσμίου Πολέμου και αυτή η μηχανή θα επιτρέψει στις ΗΠΑ να παραμείνουν στην πρώτη θέση για τις επόμενες δεκαετίες."
Η απόφαση της τοποθεσίας κλείνει τον διαγωνισμό για τη φιλοξενία του μηχανήματος. Οι φυσικοί στο Εθνικό Επιταχυντή του DOE Thomas Jefferson στο Newport News της Βιρτζίνια, ήλπιζαν επίσης να κατασκευάσουν το EIC.
Τα πρωτόνια και τα νετρόνια αποτελούν τον ατομικό πυρήνα, επομένως το είδος της εργασίας που θα έκανε το EIC εμπίπτει στην κατηγορία της πυρηνικής φυσικής. Αν και είναι πιο κοινά από τη σκόνη, τα πρωτόνια παραμένουν κάπως μυστηριώδη. Από τις αρχές της δεκαετίας του 1970, οι φυσικοί γνώριζαν ότι κάθε πρωτόνιο αποτελείται από ένα τρίο μικρότερης μάζας σωματιδίων που ονομάζονται κουάρκ. Αυτά συνδέονται μεταξύ τους ανταλλάσσοντας άλλα κβαντικά σωματίδια που ονομάζονται γκλουόνια.
Ωστόσο, η λεπτομερής δομή του πρωτονίου είναι πολύ πιο περίπλοκη. Χάρη στις εγγενείς αβεβαιότητες της κβαντικής μηχανικής, το εσωτερικό του κυλάει με αμέτρητα γκλουόνια και ζεύγη κουάρκ-αντικουάρκ που εισέρχονται και φεύγουν πολύ γρήγορα για να παρατηρηθούν άμεσα. Και πολλές από τις ιδιότητες του πρωτονίου - συμπεριλαμβανομένης της μάζας και του σπιν του - αναδύονται από αυτή τη θάλασσα των «εικονικών» σωματιδίων. Για να προσδιορίσει πώς συμβαίνει αυτό, το EIC θα χρησιμοποιήσει τα ηλεκτρόνια του για να ανιχνεύσει τα πρωτόνια, συγκρούοντας τους δύο τύπους σωματιδίων σε πρωτοφανείς ενέργειες και σε απαράμιλλους αριθμούς.
Οι ερευνητές στο εργαστήριο Τζέφερσον κάνουν ήδη παρόμοια εργασία εκτοξεύοντας τη δέσμη ηλεκτρονίων τους σε στόχους πλούσιους σε πρωτόνια και νετρόνια. Το 2017, οι ερευνητές ολοκλήρωσαν μια αναβάθμιση 338 εκατομμυρίων δολαρίων για να διπλασιάσουν την ενέργεια του ίππου εργασίας του εργαστηρίου, το Continuous Electron Beam Accelerator Facility. Με αυτόν τον επιταχυντή ηλεκτρονίων στο χέρι, οι ερευνητές του εργαστηρίου Jefferson ήλπιζαν να κατασκευάσουν το EIC προσθέτοντας έναν νέο επιταχυντή πρωτονίων.
Οι ερευνητές του Brookhaven έχουν μελετήσει έναν πολύ διαφορετικό τύπο πυρηνικής φυσικής. Ο Σχετικιστικός Επιταχυντής Βαρέων Ιόντων (RHIC) συγκρούεται πυρήνες όπως ο χρυσός και ο χαλκός για να παράγει φευγαλέες ρουφηξιές από ένα υπερκαυτό πλάσμα από ελεύθερα ιπτάμενα κουάρκ και γκλουόνια όπως αυτό που γέμισε το σύμπαν σε κλάσματα δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Το RHIC είναι ένας δακτύλιος μήκους 3,8 χιλιομέτρων που αποτελείται από δύο ομόκεντρους και αντικυκλοφορούντες επιταχυντές. Οι ερευνητές του Brookhaven σχεδιάζουν να φτιάξουν το EIC χρησιμοποιώντας έναν από τους δακτυλίους του RHIC για να επιταχύνουν τα πρωτόνια και να προσθέσουν έναν επιταχυντή ηλεκτρονίων στο σύμπλεγμα.
Για να αποφασίσουν ποια επιλογή θα ακολουθήσουν, οι αξιωματούχοι του DOE συγκάλεσαν μια ανεξάρτητη επιτροπή επιλογής τοποθεσιών EIC, λέει ο Dabbar. Η επιτροπή στάθμισε πολλούς παράγοντες, συμπεριλαμβανομένου του σχετικού κόστους των αντίπαλων σχεδίων, λέει. Οι επιταχυντές πρωτονίων είναι γενικά μεγαλύτεροι και ακριβότεροι από τους επιταχυντές ηλεκτρονίων.
Το εργαστήριο Jefferson δεν θα μείνει έξω στο κρύο, λέει ο Dabbar. Οι ερευνητές εκεί έχουν κρίσιμη τεχνογνωσία, μεταξύ άλλων, στην κατασκευή των υπεραγώγιμων επιταχυντικών κοιλοτήτων που θα χρειαστούν για τον νέο επιταχυντή. Έτσι, οι επιστήμονες εκεί θα συμμετάσχουν στο σχεδιασμό, την κατασκευή και τη λειτουργία του νέου επιταχυντή. "Σίγουρα ανυπομονούμε [το εργαστήριο Jefferson] να αναλάβει την ηγεσία σε αυτούς τους τομείς", λέει ο Dabbar.
Η απόφαση για την τοποθεσία δεν δεσμεύει την DOE για την κατασκευή του EIC. Το έργο πρέπει να περάσει αρκετά ορόσημα για να μπορέσουν οι ερευνητές να κατασκευάσουν—συμπεριλαμβανομένης της έγκρισης λεπτομερούς σχεδιασμού, εκτίμησης κόστους και χρονοδιαγράμματος κατασκευής. Αυτή η διαδικασία μπορεί να διαρκέσει μερικά χρόνια. Ωστόσο, η ανακοίνωση σηματοδοτεί το τέλος για το RHIC, το οποίο λειτουργεί από το 1999. Για να ανοίξει ο δρόμος για τον νέο επιταχυντή, το RHIC θα κλείσει οριστικά το 2024, είπε ο Dabbar στην ενημέρωση.
Η απόφαση για ένα μηχάνημα που απέχει ακόμα 10 χρόνια αντικατοπτρίζει τις σχετικά καλές στιγμές για τη χρηματοδότηση της επιστήμης του DOE, λέει ο Dabbar. «Μπορέσαμε να ξεκινήσουμε κάθε μεγάλο έργο που κυκλοφορεί εδώ και χρόνια». Ο επιστημονικός προϋπολογισμός του DOE έχει αυξηθεί κατά 31% από το 2016—παρά το γεγονός ότι υπό τον Πρόεδρο Ντόναλντ Τραμπ, ο Λευκός Οίκος προσπαθούσε να τον περικόψει κάθε χρόνο.
