美擬建新對撞機(jī)探究質(zhì)子“內(nèi)心”奧秘 蘊(yùn)藏不少未解之謎？

自20世紀(jì)70年代初，物理學(xué)家就知道，每個質(zhì)子由三個質(zhì)量更小的夸克通過膠子彼此結(jié)合形成。美國能源部官員宣布，核物理學(xué)家的下一個夢想有望在紐約實現(xiàn)。據(jù)美國《科學(xué)》雜志網(wǎng)站9日報道，能源部將在布魯克海文國家實驗室制造新型電子-離子對撞機(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。這將是幾十年來美國建造的首臺全新對撞機(jī)，它有望使美國在未來幾十年保持核物理學(xué)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。

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·杰斐遜國家加速器實驗室也希望“花落自家”，最新選址決定讓這場雙雄之爭落槌定音。

此前，杰斐遜實驗室已通過向富含質(zhì)子和中子的靶核發(fā)射電子束來研究質(zhì)子。2017年，該實驗室耗資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)，只要再添加一個新質(zhì)子加速器就可以完成EIC的建造。

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

達(dá)巴爾說，為決定EIC“花落誰家”，能源部官員成立了一個獨立的EIC選址委員會，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，布魯克海文實驗室最終中選。當(dāng)然，杰斐遜實驗室的科學(xué)家也將參與新對撞機(jī)的設(shè)計、建造和運(yùn)行。

達(dá)巴爾表示，動工前，該項目仍須通過幾大考驗，包括詳細(xì)設(shè)計方案獲批、估算成本及規(guī)劃建造進(jìn)度等，可能需幾年時間。為給新對撞機(jī)讓路，自1999年運(yùn)行至今的RHIC將于2024年“壽終正寢”。

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是一個長3.8公里的圓環(huán)，由兩個同心反向的環(huán)形加速器組成。該實驗室計劃利用其中一個環(huán)加速質(zhì)子并添加一個電子加速器來建造EIC。