Pada hari Selasa, Akademi Sains, Teknik, dan Kedokteran Nasional merilis laporan yang memberikan dukungan penuh terhadap proyek akselerator partikel baru yang disebut Electron-Ion Collider (EIC). Penandatanganan adalah langkah signifikan menuju proyek dari tanah dan membawa fisika partikel ke tingkat berikutnya.
Berbeda dengan Large Hadron Collider (LHC) di Eropa, yang menghancurkan proton menjadi proton dengan kecepatan mendekati cahaya, mesin baru akan menyemprotkan berkas berenergi tinggi dari elektron menjadi proton atau ion yang lebih berat, Adrian Cho di Science melaporkan. Tabrakan ini, fisikawan nuklir Notre Dame Ani Aprahamian, ketua bersama laporan, menjelaskan kepada Cho, menghasilkan hasil yang lebih bersih dan lebih mudah diinterpretasikan dibandingkan dengan LHC dan lebih baik untuk menyelidiki bagaimana quark dan gluon di dalam proton dan inti atom diatur.
Ternyata, sementara kami telah melakukan pekerjaan yang cukup baik dalam mengidentifikasi partikel elementer baru, atau potongan-potongan yang membentuk proton, neutron dan atom, kami masih mengalami kesulitan untuk mengetahui bagaimana mereka semua cocok bersama. Kita masih tidak tahu persis seperti apa proton — atau nukleus — yang sebenarnya.
Fisikawan MIT Richard Milner mengatakan kepada Jennifer Chu di MIT News bahwa akselerator baru akan dapat menjawab tiga pertanyaan utama: Yang pertama adalah memahami dari mana massa proton berasal, karena itu bisa mencapai 100 kali lebih besar dari massa potongan-potongan yang dikandungnya. (Bobot ketiga quark yang diikat bersama oleh gaya nuklir kuat yang dihasilkan oleh gluon menyumbang hanya 5 persen dari massa proton.) Kedua, peneliti berharap untuk lebih memahami konsep momentum sudut atau "putaran". Ketiga, EIC dapat membantu mengungkap bagaimana gluon, partikel yang menyatukan partikel lain, bekerja. "Gluon dalam materi sedikit seperti materi gelap di alam semesta: tidak terlihat tetapi memainkan peran penting, " kata Milner. "Penumbuk ion-elektron berpotensi mengungkapkan keadaan baru yang dihasilkan dari pengemasan dekat banyak gluon dalam nukleon dan nuklei."
Dua laboratorium nasional telah bersaing untuk menjadi tuan rumah akselerator, meskipun mungkin akan beberapa tahun sebelum Departemen Energi secara resmi meluncurkan proyek. Diharapkan bahwa proyek akan meningkatkan ion collider yang ada di Brookhaven National Laboratory di Long Island, atau berkas elektron di Thomas Jefferson National Accelerator Laboratory di Newport News, Virginia. Menurut Edwin Cartlidge di Nature, sebuah laporan oleh Komite Penasihat Sains Nuklir tiga tahun lalu menyarankan proyek itu akan menelan biaya setidaknya $ 1 miliar.
Garis waktu untuk proyek tersebut dipertanyakan. Departemen Energi, yang akan membangun fasilitas tersebut, saat ini berada di tengah pendanaan fasilitas $ 730 juta untuk balok isotop langka di Michigan State University, dan kemungkinan tidak memiliki kapasitas untuk mengelola proyek skala besar lain sampai selesai pada tahun 2020.
Cartlidge juga menunjukkan bahwa rencana di Cina dan di CERN di Eropa saat ini sedang diperebutkan untuk penumbuk ion-elektron, dan bahwa ketiga kelompok mungkin perlu mempertimbangkan berkolaborasi untuk mendapatkan proyek dari tanah dalam waktu dekat. Dan kemudian ada sejarah penuh Amerika Serikat dengan akselerator partikel. Pada tahun 1993, Kongres membatalkan Super Collider Superkonduktor, akselerator partikel masif yang akan memimpin penemuan boson Higgs dan partikel-partikel lain berpuluh-puluh tahun sebelum ditemukan di LHC pada tahun 2012. Artinya, politik dapat menghalangi EIC.
Cho melaporkan bahwa ini bukan EIC pertama yang dibangun. Sebuah versi proyek yang disebut Hadron-Electron Ring Accelerator (HERA) dilakukan di Jerman antara tahun 1992 dan 2007 dan mengarah pada penemuan gluon. Versi AS dari collider akan bekerja pada energi yang lebih rendah, tetapi akan memiliki 100 hingga 1.000 jumlah tabrakan, menghasilkan lebih banyak data secara eksponensial.
Kembali pada tahun 2015, ketika Komite Penasihat Sains Nuklir yang berpengaruh secara terbuka mendukung pembangunan EIC, Donald Geesaman, seorang ahli fisika nuklir di Argonne National Laboratory di Illinois, dan ketua NSAC, berbicara kepada kebutuhan ilmiah untuk penciptaan EIC, menyatakan, "Sampai kita memiliki EIC, ada area besar fisika nuklir yang kita tidak akan membuat kemajuan."
