核物理学者の次の夢のマシンは、ニューヨーク州アプトンにあるブルックヘブン国立研究所で製造されると、エネルギー省 (DOE) の関係者が本日発表しました。電子イオン衝突型加速器 (EIC) は、高エネルギーの電子ビームを陽子の 1 つに衝突させ、陽子の神秘的な内部を調べます。機械の費用は 16 億ドルから 26 億ドルの間で、2030 年までに稼働する予定であると、DOE の科学担当次官である Paul Dabbar 氏は電話記者会見で述べました。
「これは、この国で数十年ぶりに建設された真新しいグリーンフィールド コライダーになるでしょう」とダバー氏は述べています。 「米国は第二次世界大戦の終結以来、核物理学の最前線にあり、この機械により、米国は今後数十年にわたって最前線にとどまることができます。」
サイトの決定により、マシンをホストするための競争が終了します。バージニア州ニューポート ニューズにある DOE のトーマス ジェファーソン国立加速器施設の物理学者も、EIC の建設を望んでいました。
陽子と中性子が原子核を構成しているため、EIC が行うような作業は核物理学の範疇に入る。ほこりよりも一般的ですが、陽子はやや謎のままです。 1970 年代初頭以来、物理学者は、各陽子がクォークと呼ばれる質量の小さい 3 つの粒子で構成されていることを知っていました。これらは、グルオンと呼ばれる他の量子粒子を交換することによって互いに結合します。
しかし、陽子の詳細な構造ははるかに複雑です。量子力学に内在する不確実性のおかげで、その内部は数え切れないほどのグルオンとクォークと反クォークのペアで渦巻いており、直接観察するにはあまりにも速く存在したり消滅したりします。そして、その質量やスピンを含む陽子の特性の多くは、その「仮想」粒子の海から生まれます。それがどのように起こるかを決定するために、EIC はその電子を使って陽子を調べ、前例のないエネルギーと比類のない数で 2 種類の粒子を衝突させます。
ジェファーソン研究所の研究者は、陽子と中性子が豊富なターゲットに電子ビームを発射することで、すでに同様の研究を行っています。 2017 年、研究者は 3 億 3,800 万ドルのアップグレードを完了し、ラボの主力である連続電子ビーム加速器施設のエネルギーを 2 倍にしました。その電子加速器を手にしたジェファーソン研究所の研究者たちは、新しい陽子加速器を追加して EIC を構築したいと考えていました。
ブルックヘブンの研究者は、非常に異なるタイプの核物理学を研究してきました。彼らの相対論的重イオン衝突型加速器 (RHIC) は、金や銅などの原子核を衝突させて、ビッグバンの後の一瞬で宇宙を満たしたような、自由飛行するクォークとグルオンの超高温プラズマの一瞬のパフを生成します。 RHIC は 3.8 キロメートルの長さのリングで、2 つの同心で逆循環する加速器で構成されています。ブルックヘブンの研究者は、RHIC のリングの 1 つを使用して陽子を加速し、複合体に電子加速器を追加して EIC を作成することを計画しています。
どちらのオプションを採用するかを決定するために、DOE の職員は独立した EIC サイト選択委員会を招集した、と Dabbar は言います。委員会は、競合する計画の相対的なコストを含む多くの要素を比較検討した、と彼は言います。陽子加速器は一般に、電子加速器よりも大きく、高価です。
ジェファーソン研究所が寒さの中に置き去りにされることはない、とダバーは言う。そこの研究者は、とりわけ、新しいコライダーに必要な超伝導加速空洞を作ることにおいて重要な専門知識を持っています。そのため、そこの科学者は、新しいコライダーの設計、構築、および操作に参加します。 「[Jefferson lab] がこれらの分野で主導権を握ることを楽しみにしています」と Dabbar 氏は言います。
サイトの決定は、DOE に EIC の構築を約束するものではありません。研究者が建設を開始するには、詳細設計、コスト見積もり、建設スケジュールの承認など、プロジェクトがいくつかのマイルストーンを通過する必要があります。そのプロセスには数年かかることがあります。ただし、この発表は、1999 年から稼働している RHIC の終了を示しています。新しいコライダーに道を譲るため、RHIC は 2024 年に完全に閉鎖されると、ダバー氏はブリーフィングで述べました。
まだ 10 年先のマシンに関する決定は、DOE の科学資金調達の比較的良い時期を反映していると、Dabbar は言います。 「私たちは、何年も前から計画されていたすべての主要プロジェクトを開始することができました。」 DOE の科学予算は、2016 年以来 31% 増加しています。ドナルド トランプ大統領の下で、ホワイト ハウスは毎年予算を削減しようとしているにもかかわらずです。
