美擬建新對(duì)撞機(jī)探究質(zhì)子“內(nèi)心”奧秘 擬2030年投入使用

美國(guó)能源部官員宣布，核物理學(xué)家的下一個(gè)夢(mèng)想有望在紐約實(shí)現(xiàn)。據(jù)美國(guó)《科學(xué)》雜志網(wǎng)站9日?qǐng)?bào)道，能源部將在布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室制造新型電子-離子對(duì)撞機(jī)(EIC)，讓高能電子束沖入質(zhì)子內(nèi)部，探究質(zhì)子“內(nèi)心”奧秘。據(jù)悉，EIC的建造成本介于16億至26億美元之間，擬2030年投入使用。

能源部科學(xué)副部長(zhǎng)保羅·達(dá)巴爾在新聞發(fā)布會(huì)上說：“這將是幾十年來美國(guó)建造的首臺(tái)全新對(duì)撞機(jī)，它有望使美國(guó)在未來幾十年保持核物理學(xué)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。”

自20世紀(jì)70年代初，物理學(xué)家就知道，每個(gè)質(zhì)子由三個(gè)質(zhì)量更小的夸克通過膠子彼此結(jié)合形成。盡管質(zhì)子比灰塵還常見，但仍蘊(yùn)藏不少未解之謎。因此，能源部決定建造新型對(duì)撞機(jī)揭示質(zhì)子奧秘。位于弗吉尼亞州的能源部托馬斯·杰斐遜國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室也希望“花落自家”，最新選址決定讓這場(chǎng)雙雄之爭(zhēng)落槌定音。

此前，杰斐遜實(shí)驗(yàn)室已通過向富含質(zhì)子和中子的靶核發(fā)射電子束來研究質(zhì)子。2017年，該實(shí)驗(yàn)室耗資3.38億美元，將其“連續(xù)電子束加速器設(shè)施”的能量提升了一倍。以此為基礎(chǔ)，只要再添加一個(gè)新質(zhì)子加速器就可以完成EIC的建造。

而布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室則另辟蹊徑。他們的“相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)”(RHIC)讓金和銅等原子核發(fā)生對(duì)撞，產(chǎn)生一團(tuán)超熱的夸克膠子對(duì)等離子體。

據(jù)信，宇宙大爆炸后萬分之一秒左右宇宙就是一團(tuán)夸克膠子等離子體。RHIC是一個(gè)長(zhǎng)3.8公里的圓環(huán)，由兩個(gè)同心反向的環(huán)形加速器組成。該實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃利用其中一個(gè)環(huán)加速質(zhì)子并添加一個(gè)電子加速器來建造EIC。

達(dá)巴爾說，為決定EIC“花落誰家”，能源部官員成立了一個(gè)獨(dú)立的EIC選址委員會(huì)，權(quán)衡了諸多因素，包括建造成本等——質(zhì)子加速器通常比電子加速器更大且更昂貴，布魯克海文實(shí)驗(yàn)室最終中選。當(dāng)然，杰斐遜實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家也將參與新對(duì)撞機(jī)的設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行。

達(dá)巴爾表示，動(dòng)工前，該項(xiàng)目仍須通過幾大考驗(yàn)，包括詳細(xì)設(shè)計(jì)方案獲批、估算成本及規(guī)劃建造進(jìn)度等，可能需幾年時(shí)間。為給新對(duì)撞機(jī)讓路，自1999年運(yùn)行至今的RHIC將于2024年“壽終正寢”。(記者劉霞)

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