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美拟建新对撞机探究质子“内心”奥秘

来源:科技日报2020-01-13 09:25

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  美国能源部官员宣布,核物理学家的下一个梦想有望在纽约实现。据美国《科学》杂志网站9日报道,能源部将在布鲁克海文国家实验室制造新型电子-离子对撞机(EIC),让高能电子束冲入质子内部,探究质子“内心”奥秘。据悉,EIC的建造成本介于16亿至26亿美元之间,拟2030年投入使用。

  能源部科学副部长保罗·达巴尔在新闻发布会上说:“这将是几十年来美国建造的首台全新对撞机,它有望使美国在未来几十年保持核物理学领域的领先地位。”

  自20世纪70年代初,物理学家就知道,每个质子由三个质量更小的夸克通过胶子彼此结合形成。尽管质子比灰尘还常见,但仍蕴藏不少未解之谜。因此,能源部决定建造新型对撞机揭示质子奥秘。位于弗吉尼亚州的能源部托马斯·杰斐逊国家加速器实验室也希望“花落自家”,最新选址决定让这场双雄之争落槌定音。

  此前,杰斐逊实验室已通过向富含质子和中子的靶核发射电子束来研究质子。2017年,该实验室耗资3.38亿美元,将其“连续电子束加速器设施”的能量提升了一倍。以此为基础,只要再添加一个新质子加速器就可以完成EIC的建造。

  而布鲁克海文国家实验室则另辟蹊径。他们的“相对论重离子对撞机”(RHIC)让金和铜等原子核发生对撞,产生一团超热的夸克胶子对等离子体。

  据信,宇宙大爆炸后万分之一秒左右宇宙就是一团夸克胶子等离子体。RHIC是一个长3.8公里的圆环,由两个同心反向的环形加速器组成。该实验室计划利用其中一个环加速质子并添加一个电子加速器来建造EIC。

  达巴尔说,为决定EIC“花落谁家”,能源部官员成立了一个独立的EIC选址委员会,权衡了诸多因素,包括建造成本等——质子加速器通常比电子加速器更大且更昂贵,布鲁克海文实验室最终中选。当然,杰斐逊实验室的科学家也将参与新对撞机的设计、建造和运行。

  达巴尔表示,动工前,该项目仍须通过几大考验,包括详细设计方案获批、估算成本及规划建造进度等,可能需几年时间。为给新对撞机让路,自1999年运行至今的RHIC将于2024年“寿终正寝”。(记者刘霞)

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