Alat Presisi Untuk Mempelajari \’lem\’ Merekat Materi Padat

Electron-Ion Collider (EIC), yg direncanakan akan dibangun di Laboratorium Nasional Brookhaven (BNL) Departemen energi AS (DOE), pada kemitraan dengan Fasilitas Akselerator Nasional Thomas Jefferson (Jefferson Lab), akan menjadi alat paling canggih buat belajar beberapa ceruk terdalam atom yang belum dijelajahi. Ini akan mengintip ke pada proton serta neutron, blok bangunan yang membuat inti atom, menyampaikan wawasan yg belum pernah terjadi sebelumnya ihwal bagaimana blok bangunan internal partikel tadi serta gaya mirip lem yang menyatukan mereka menciptakan struktur hampir seluruh materi yg terlihat di Semesta.

 Kita tahu bahwa proton terdiri dari quark serta samudera  gluon. Gluon tersebut jua terus memproduksi pasangan quark dan  anti-quark (dianggap sea-quark). Jadi, mikrokosmos internal proton sangat penuh. Orang bisa berasumsi bahwa kelimpahan partikel ini akan menyebutkan berasal mana proton menerima massanya, tetapi quark hampir tidak bermassa, dan  gluon tak memiliki massa. Bila kita menjumlahkan massa quark yg membentuk proton, mereka hanya menyumbang lebih kurang 1% asal total massa proton.

Pada mana residu 98%? yang mengherankan, sepertinya dari berasal tenaga hubungan pada antara blok bangunan bagian pada proton. Faktanya, sepertinya nukleon, nuklei dan , menggunakan perluasan, seluruh planet serta galaksi di Alam Semesta yang terlihat mendapatkan massanya melalui interaksi gluon tidak bermassa dan  quark yang hampir tidak bermassa. Bagaimana ini terjadi? Electron-Ion Collider akan memecahkan rahasia yg mendalam serta sudah berlangsung usang ini.

 Sejak tahun  1960-an, fisikawan telah mengetahui bahwa proton serta neutron, yg secara kolektif diklaim sebagai nukleon, terdiri dari partikel dasar yang dianggap quark, terikat bersama sang gaya yang didapatkan berasal pertukaran gluon. Gaya bertenaga bergantung di eksistensi jenis muatan yang tidak selaras, yang diklaim “muatan rona”. tidak seperti “muatan listrik”, yang hadir dalam 2 jenis (positif serta negatif), gaya bertenaga sepertinya mempunyai tiga jenis yang disebut “warna” (merah, biru, dan  hijau).

 Disparitas penting lainnya artinya, tak mirip foton yg memediasi gaya elektromagnetik, gluon yang memediasi gaya kuat dapat dan  memang berinteraksi satu sama lain. Itulah salah  satu karakteristik yg membuat gaya kuat menjadi begitu kuat. Faktanya, tidak mungkin menemukan quark bebas pada alam. sebaliknya, quark selalu terkurung dalam partikel komposit mirip proton. pada dalam proton, bagaimanapun, quark pada dasarnya bebas berkiprah.

 Meskipun lebih dari enam dekade eksplorasi, pengetahuan serta pemahaman kita wacana disparitas konkret antara kurungan kuark serta kebebasan asimtotik pada proton, dan  peran gluon dalam interaksi gaya kuat, secara mengejutkan tidak cukup dibandingkan menggunakan pemahaman kita perihal elektromagnetisme—gaya di jantung teknologi elektro saat ini. Bisakah kita melakukan yang lebih baik? Ya, tetapi buat itu kita perlu tahu gluon serta memahami perilakunya yang mirip lem menggunakan lebih sempurna. untuk itu, kita membutuhkan EIC. Apa yang kita pelajari dapat membuka rahasia kekuatan terkuat pada alam dan  kemungkinan cara baru buat menerapkan pengetahuan itu.

 Quark dan  gluon juga memiliki sifat yg disebut spin—suatu bentuk momentum sudut intrinsik. Anda dapat menduga putaran seperti menggunakan rotasi Bumi di lebih kurang porosnya sendiri, yg menghasilkan siang serta malam. sebagai bagian berasal proton, yg jua memiliki “putaran” eksklusif, quark serta gluon secara alami diharapkan berkontribusi di putaran proton. namun, percobaan yg dilakukan sejauh ini menunjukkan bahwa spin quark serta gluon hanya dapat menjelaskan sekitar 40-50% dari total spin proton.

 Para ilmuwan berpikir bahwa sisa  putaran proton harus asal dari gerakan quark dan  gluon pada dalam proton yang disejajarkan dengan momentum sudut orbital proton—yg, dalam kasus Bumi, akan menjadi gerakan planet mengelilingi surya. ada poly bukti tentang gerakan transversal quark serta gluon pada pada proton, tetapi hanya EIC yang bisa mengukur apakah gerakan itu konsisten menggunakan momentum sudut. Bila sahih, ilustrasi konsisten yg indah  mungkin timbul, membagikan bahwa gerakan orbital yang mengungkapkan putaran nukleon juga membuat tenaga quark serta gluon, yang secara bersamaan menyebutkan massa proton.

 Pengukuran asal percobaan sebelumnya sudah menunjukkan bahwa kerapatan jumlah gluon pada dalam inti semakin tinggi di tenaga tinggi. Teori yg menjelaskan hubungan quark-gluon dapat menjelaskan peningkatan ini. tetapi, di energi yg sangat tinggi, pada luar apa yg telah dieksplorasi secara eksperimental, hukum dan  argumen fundamental eksklusif dari teori serta fisika fundamental itu memberikan bahwa ada batasan tentang seberapa tinggi kerapatan gluon dapat meningkat.