地球与环境 2022-01-23 16:24

英国将走在新探测器技术发展的前沿,为下一个强大的粒子加速器,即美国的电子离子对撞机(EIC)提供所需的技术。

EIC将在美国布鲁克海文国家实验室(Brookhaven National Laboratory)建造,将为有关物质本质的一些最基本的科学问题提供答案。

通过科学和技术设施委员会(STFC) 300万英镑的资助,英国的核和粒子物理学家将领导初步工作,帮助设计新设施的探测器。

兰卡斯特大学参与了基于最先进的单片有源像素传感器(MAPS)技术的跟踪探测器的开发。这些极薄的硅探测器具有很高的位置分辨率,覆盖了很大的区域,就像一个功能强大的数码相机,捕捉碰撞的异常细节。

这个工作包是由伯明翰大学和兰开斯特大学领导的,它包括布鲁内尔大学和利物浦大学,以及STFC的粒子物理和技术部门在卢瑟福阿普尔顿实验室和核物理和探测器系统组在达斯伯里实验室

兰开斯特大学的哈拉尔德·福克斯博士说:“能够开发和试验一些创新的新技术是令人兴奋的。关于质子内部的基本力,我们还有很多疑问。我很高兴能为EIC项目提供一些答案。”

自然之力

EIC将是世界上第一个极化电子与极化质子或极化光离子对撞机。它也将是世界上第一个重核极化电子对撞机。

这个新设备将使科学家们能够精确地描绘出质子和原子核中发现的夸克和胶子的细节,不仅研究它们的分布,而且研究它们如何运动和相互作用。

EIC所带来的科学将彻底改变我们对强相互作用的理解,而强相互作用是自然界的基本力量之一。这种力支配着强子(包括质子和中子在内的亚原子粒子家族)的行为,并且存在于宇宙可见质量的99%以上。

科学家们将利用EIC来试图找出这种强相互作用是如何像胶水一样把物质粘在一起的。

世界一流的专业知识

在两年半的时间里,这笔资金将使英国领导一些尖端探测技术的发展,从而使科学成为可能。

英国在硅跟踪器、像素传感器和偏振测量(一种用于测量粒子自旋方向的技术)领域的世界级专业知识,都将有助于这项研究和开发计划。

STFC核物理副主任Justin O'Byrne说:“英国核物理学界是一个小型但具有高度影响力的研究团体,并因其领导能力和专业知识而得到国际认可。这项早期工作将最终影响实验的能力和范围,因此将产生结果。通过这笔资金,我们将使英国科学家在影响EIC探测器方面发挥强大的领导作用。”

探测器的作用

EIC就像一个高能电子显微镜,但有能力探索质子和原子核的内部结构。探测器必须能够高精度地捕捉到每一次碰撞中产生的散射电子和任何粒子,这样科学家才能准确地描绘出碰撞中发现的物质。

探测器的详细设计和功能目前正在确定中,这意味着英国科学家有机会在决定探测器的功能方面起到带头作用。

伯明翰大学的Peter Jones教授说:“EIC有望回答一些长期存在的关于质量起源和核子自旋的科学问题。它也有可能揭示当原子核充满胶子时会发生什么。能参与新的重大国际项目的启动,并与我们的国际伙伴合作开发解决这些问题所需的一些探测器技术,这是令人难以置信的兴奋。”

格拉斯哥大学的Daria Sokhan博士(目前在法国萨克莱大学休假)说:“EIC就像一把质子和原子核的刀——它结合了前所未有的对撞机光度和极化光束,推动了精确测量的前沿。”这将使测量极其罕见的过程成为可能,并提供关于强子和原子核结构的重要信息,这些信息以前是无法获得的。这是一个绝佳的机会,在这个关键的早期阶段,帮助定义和参与世界下一个领先的强子物理设施的开发,我们和我们的团队和同事,可以真正发挥作用。”

一旦技术设计完成,加速器及其探测器的建造预计将在2023/24年左右开始。

第一年的资助是由英国研究和创新基础设施基金批准的。这些资金并不等同于对EIC的全面承诺,EIC预计将在未来作出决定。