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兰卡斯特参与了强大的新型粒子对撞机探测器的开发

时间:2021-10-19 21:00:09

英国将成为下一个强大粒子加速器——美国的电子离子对撞机(EIC)——所需的新探测器技术开发的前沿。

EIC将建立在美国布鲁克海文国家实验室,并将为一些关于物质性质的最基本科学问题提供答案。

通过科学和技术设施委员会(STFC)提供300万英镑的资金,英国的核物理学家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。

兰开斯特大学参与了基于最先进单片有源像素传感器(MAPS)技术的跟踪探测器的开发。这些是非常薄的硅探测器,位置分辨率高,覆盖面积大,可以像一台功能强大的数码相机一样,捕捉到非常详细的碰撞产物。

这项工作由伯明翰大学和Lancaster牵头,它涉及布鲁内尔和利物浦的大学以及卢瑟福-阿普尔顿实验室的STFC的粒子物理和技术部门以及达雷斯伯里实验室的核物理和探测器系统组。

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新的创新技术令人兴奋。关于质子内部的基本力,我们还有很多问题。我很高兴为EIC项目做出贡献,可以提供一些答案。”

自然力

EIC将是世界上第一台极化电子与极化质子或极化轻离子的对撞机。它还将是世界上第一台极化电子与重核的对撞机。

这一新设施将使科学家能够对质子和原子核内发现的夸克和胶子进行精细成像,不仅研究它们是如何分布的,而且还研究它们是如何移动和相互作用的。

EIC将推动的科学有望彻底改变我们对强相互作用的理解,强相互作用是自然界的基本力量之一。这种力控制着强子(包括质子和中子在内的亚原子粒子家族)的行为,并且是宇宙99%以上可见质量的背后力量。

科学家们将利用EIC来试图找出这种强相互作用是如何作为粘合剂将物质粘合在一起的。

世界一流的专业知识

在两年半的时间里,这笔资金将使英国能够领导一些尖端探测器技术的开发,从而使科学得以发展。

英国在硅跟踪器、像素传感器和旋光仪(一种用于测量粒子旋转方向的技术)领域的世界级专业知识将有助于这一研发计划。

STFC核物理副主任Justin O'Byrne说:“英国核物理界是一个规模虽小但影响力巨大的研究界,其领导能力和专业知识在国际上得到认可。这项早期工作将最终影响实验的能力和范围,从而影响实验结果。通过这项资金,我们正在为英国scien定位TIST将在影响EIC探测器方面发挥强有力的领导作用。”

探测器的作用

EIC就像一台高能电子显微镜,但能够探索质子和原子核的内部结构。探测器必须能够高精度地拾取散射电子和每次碰撞中产生的任何粒子,以便科学家能够构建出内部发现的精确图像。

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该探测器的功能方面起到带头作用。

来自伯明翰大学的彼特·琼斯教授说:“EIC承诺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。参与新的重大国际项目的开始并开发一些探测器是令人难以置信的兴奋与我们的国际合作伙伴合作解决这些问题所需的技术。”

格拉斯哥大学的Daria Sokhan博士(目前在法国Saclay休假)说:“EIC就像质子和原子核的手术刀——它结合了前所未有的对撞机光度和极化光束,推动了精确前沿。这将使测量极为罕见的过程成为可能,并提供大量以前无法获得的有关强子和原子核结构的重要信息。它将这是一个极好的机会,可以在这个关键的早期阶段帮助定义并参与开发世界上下一个领先的强子物理设施,在这里,我们以及我们的团队和同事可以真正发挥作用。”

一旦技术设计完成,预计加速器及其探测器的建造将于2023/24年左右开始。

第一年的资金由英国研究和创新基础设施基金批准。该资金并不等于对EIC的全部承诺,预计未来会做出决定。

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