Krystalizuje się wizja budowy amerykańskiego Zderzacza Elektron-Jon

Wspomniany żółty raport (ang. Yellow Report) jest podsumowaniem przeszło rocznej pracy nad przygotowaniem projektu Zderzacza Elektron-Jon (ang. Electron-Ion Collider, EIC), który ma powstać w amerykańskim Narodowym Laboratorium w Brookhaven. Współautorami tego rozległego, liczącego blisko 900 stron, opracowania są także liczni specjaliści z Polski - fizycy z Zakładu Fizyki Teoretycznej NCBJ, Uniwersytetu Jagiellońskiego, Akademii Górniczo-Hutniczej oraz Instytutu Fizyki Jądrowej PAN.

We współpracy z inżynierami i naukowcami z całego świata badali oni potrzeby i możliwości pomiaru konkretnych procesów fizycznych i kwantowych z wykorzystaniem urządzeń nowej konstrukcji. „Wypracowane wnioski dotyczą m. in. optymalizacji projektu detektorów, czyli ich geometrii i podzespołów, tak aby w możliwie jak najlepszy sposób zrealizować postawione cele badawcze” - wskazał dr Paweł Sznajder z NCBJ, będący jednym z polskich współautorów opracowania, wraz z prof. dr hab. Lechem Szymanowskim oraz dr hab. Jakubem Wagnerem.

„Jednym z obiecujących procesów, które naszym zdaniem warto badać w zderzeniach elektronów z jonami jest tzw. rozpraszanie do tyłu” - uzupełnia profesor Szymanowski. „W procesie tym wirtualny foton wymieniany pomiędzy zderzanym elektronem, a jednym z kwarków nukleonu prowadzi do wytworzenia w stanie końcowym mezonu o pędzie przeciwnym do pędu fotonu, co uzasadnia nazwę takiego procesu jako produkcji mezonu do tylu (backward meson production). [...] wskazanymi przez nas procesami zainteresowali się zarówno fizycy z działającego zderzacza w Jefferson LAB, jak i zostały one uwzględnione w programie badawczym EIC” - wyjaśnił.

„Praca nad raportem pozwoliła także na zainicjowanie szeregu aktywności związanych z rozwojem metod obliczeniowych” - dodaje dr Sznajder. „Pracujemy m. in. nad metodami Monte Carlo, będącymi ważną częścią symulacji pracy detektorów. Ponadto jesteśmy zaangażowani w rozwój platformy obliczeniowej PARTONS, z której korzystają teoretycy i doświadczalnicy badający rozkłady GPD” - podkreśla.

Dążymy do stworzenia trójwymiarowego obrazu protonu. Wykonaliśmy obliczenia teoretyczne i skorzystaliśmy z platformy PARTONS, aby uzyskać przewidywania przekrojów czynnych, czyli prawdopodobieństw zajść interesujących nas procesów fizycznych. Wszystko to po to, by eksperymentatorzy wiedzieli gdzie i jakie detektory umieścić wokół miejsca zderzeń, aby uzyskać najwięcej interesujących informacji.

Tworzenie tzw. żółtych raportów dla projektowanych wielkich urządzeń badawczych to typowa praktyka w świecie nauki w obszarze fizyki wysokich energii. Na podstawie tego typu raportów są następnie organizowane współprace eksperymentalne i projektowane są detektory.

EIC jest projektem, który został zaakceptowany do realizacji - w styczniu ubiegłego roku pojawiła się informacja o wyborze lokalizacji jego budowy.

Publikacja żółtego raportu EIC zbiegła się w czasie z publikacją tzw. białego, bardziej podstawowego raportu dla chińskiego zderzacza elektron-jon (ang. Electron-Ion Collider in China, EIcC). Raport ten jest podsumowaniem celów badawczych, które można by zrealizować w EIcC. W jego przygotowaniu byli również zaangażowani polscy fizycy (NCBJ).

Projekt EIcC nie jest jeszcze zaakceptowany do realizacji. Jeżeli powstanie, będzie posiadał inne parametry pracy zderzacza w stosunku do projektu amerykańskiego, przez co uzupełni światowy program badawczy fizyki wielkich energii, szczególnie ten związany z chromodynamiką kwantową (ang. quantum chromodynamics, QCD). Budowę zderzacza elektronów i jonów rozważa także CERN.

Pełną treść Żółtej Księgi EIC można pobrać ze strony internetowej: https://arxiv.org/abs/2103.05419