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电子离子对撞机下一代核物理设施获得关键批准

2021-07-31 21:28          对撞机放射性同位素原子核

图片来源:布鲁克海文国家实验室

CD-1 里程碑标志着下一代核物理设施项目执行阶段的开始,该设施将探测可见物质的最小构建块。

美国能源部 (DOE) 已授予电子离子对撞机 (EIC) 关键决策 (CD-1),这是一种独一无二的核物理研究设施,将在位于长岛的美国能源部布鲁克海文国家实验室建造。继能源部于 2019 年 12 月批准“任务需求”(称为 CD-0)之后,该公告标志着项目定义阶段及其概念设计的完成。CD-1 的批准提供了从初步设计开始的项目执行阶段的授权。

“这一重要里程碑的成功完成是对许多人在充满挑战的情况下的辛勤工作的认可。这也表明 EIC 项目已准备好将注意力转向建立指导 EIC 建设的绩效基线,”美国能源部科学与能源代理副部长 Kathleen Hogan 说。“鉴于 EIC 对 DOE 的使命和 DOE 核物理计划的未来的重要性,我们很高兴布鲁克海文国家实验室和托马斯杰斐逊国家加速器设施的联合 EIC 团队正在取得持续稳步进展。”

EIC 由联邦政府资助,主要是通过美国能源部科学办公室。它将利用整个美国能源部国家实验室综合体以及来自世界各地的大学和研究机构的专业知识。项目总成本预计在 1.7-28 亿美元之间。

“我们很高兴进入下一阶段,将电子离子对撞机的计划转化为最先进的研究设施,这将开辟核物理学的新领域,”布鲁克海文实验室主任 Doon Gibbs 说。

位于弗吉尼亚州纽波特纽斯的托马斯杰斐逊国家加速器设施(杰斐逊实验室)是该项目的主要合作伙伴,并将继续做出重大贡献。

“杰斐逊实验室很自豪能够继续与布鲁克海文实验室的合作,因为我们共同努力建设这个下一代研究设施,”杰斐逊实验室主任 Stuart Henderson 说。“我们杰斐逊实验室渴望推进实现 EIC。这台机器不仅将以其前所未有的物质内部覆盖范围开启科学发现的新时代,而且还将补充和扩展我们自己的连续电子束加速器设施中继续进行的精密研究。”


EIC 原理图
图片来源:布鲁克海文国家实验室

EIC 将是一个 2.4 英里周长的粒子对撞机,这是世界上第一个此类对撞机。它将引导高能极化电子束与极化质子和原子核发生碰撞,以产生这些粒子内部结构的精确 3D 快照。EIC 的实验将帮助科学家解开自然界最强力的秘密,并探索称为夸克和胶子的微小粒子如何建立所有可见物质的质量、自旋和其他特性。

EIC 将实现的世界领先科学以及使其成为现实所需的技术创新有可能为未来的技术提供动力。好处将超越物理学,以促进健康和医学、国家安全、核能、放射性同位素生产和粒子束的工业用途。

纽约州对该项目作出了重大承诺。纽约州约 1 亿美元的资金将支持布鲁克海文实验室的新基础设施建设,包括对 EIC 至关重要的建筑物和道路。

“纽约州很自豪能与联邦政府和布鲁克海文实验室合作,在长岛安装世界上第一台极化电子离子对撞机,以及几十年来在美国建造的第一台新对撞机,”帝国州发展代理说专员兼总裁兼首席执行官埃里克·格特勒 (Eric Gertler)。“该项目确保布鲁克海文实验室和纽约州在科学发现领域保持领先地位,同时创造数千个就业机会并产生数十亿美元的新经济活动。”

电子集成电路设计

EIC 的设计包括构建一个新的电子存储环和电子加速器组件,这些组件将与目前为布鲁克海文实验室的相对论重离子对撞机 (RHIC) 提供光束的现有基础设施无缝运行。RHIC 是美国能源部科学用户设施办公室,自 2000 年开始运营以来一直为核物理学家提供服务。

EIC物理课程

新的电子环将允许极化电子与极化质子和大原子核相互作用,以精确探测并产生这些核粒子构建块的动态快照——有点像原子的 CT 扫描仪。科学家将使用从数百万次碰撞中收集到的数据来研究“强核力”——自然界中最强的力——并回答物理学中其他长期存在的问题,包括质子从哪里获得“自旋”以及它如何获得质量。

广泛的好处

建立 EIC 将保持美国在核物理和加速器科学领域的领导地位,这些领域对我们的技术、经济和国家安全至关重要。该项目还将提供教育和劳动力发展机会,以培训这些领域的下一代专家。

此外,为使 EIC 成为现实而正在开发的技术进步——创新的加速器和粒子跟踪组件以及数据管理工具和技术——可能会产生广泛的影响。其中包括癌症治疗的新方法、解决其他“大数据”挑战以及改进用于测试电池、催化剂和其他能源相关材料的加速器设施。

来自 EIC 研究的知识将发表在开放的科学研究文献中,并将提供给所有合作伙伴,包括商业合作伙伴。

为布鲁克海文 EIC 提供动力的对撞机-加速器基础设施也将提供给使用粒子束生产和开展医学同位素研究以及研究模拟空间辐射影响的研究人员,以保护未来的宇航员。

EIC合作

EIC 将成为一个国际设施,吸引来自世界各地的专业知识。不断增长的 EIC 用户组已经包括来自 33 个国家/地区的 251 个成员机构——其中 88 个美国机构代表 27 个州、波多黎各和华盛顿特区

“EIC 项目从全球众多机构在加速器科学、探测器技术和理论方面的各种经验中获益匪浅,为广泛的 EIC 科学计划提供了重要基础,并为全球多代学生和博士后提供了出色的教育机会, ”天普大学教授兼 EIC 用户组主席 Bernd Surrow 说。

EIC 的建设预计将于 2024 年开始,该设施将在未来十年初开始运营。

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