Auteur: Physique moderne, Académie chinoise des sciences chercheur Chen Xurong
apprêt
Depuis les temps anciens, l'homme a été d'une grande curiosité pour l'univers, tels que: notre univers est ce qui constitue?
La science moderne croit que l'univers de la matière peut être grossièrement divisé en trois types: la matière visible ordinaire, matière noire, énergie noire. Nos yeux ont vu tout le matériel, y compris les étoiles, ils sont la matière visible ordinaire. Qualité des comptes de la matière visible ordinaires pour environ 5% de la masse totale de l'univers est composé de « particules élémentaires », dans laquelle plus de 99% de la masse d'environ 1080 a contribué des protons et des neutrons.
noyau nucléon est composé de protons et de neutrons collectivement. nucléon de qualité est de savoir comment se fait-il?
En 1964, le physicien britannique Higgs de Higgs () a proposé l'existence du champ de Higgs, et prédit l'existence du boson de Higgs (boson de Higgs) est. Dans le mécanisme de Higgs, le conducteur de champ de Higgs à la rupture spontanée de symétrie, le couplage de champ de Higgs due à des particules élémentaires obtenir la masse. Higgs Higgs champ est le champ d'excitation quantique, qui est obtenu à partir de la masse par l'interaction. Si le boson de Higgs est confirmé par la présence du champ de Higgs devrait exister, si le mécanisme de Higgs a également été confirmée. En 2012, le CERN a annoncé la découverte du boson de Higgs, la soi-disant « particule de Dieu ». Parce que la découverte de Higgs a remporté le prix Nobel 2013 en physique.
mécanisme de masse Quark Higgs pour générer très faible, tels que la qualité des quarks (quark) et un quark down (bas quark) seulement quelques Mev. Il ne contient que environ deux quark proton douzaine de MeV et une qualité de quark inférieure. Mais nous savons que la vraie masse du proton est d'environ 938 MeV. En plus de la masse produite par le mécanisme Quark Higgs, principalement par la masse de proton interactions relativiste de QGP. Comment déterminer avec précision la qualité des ingrédients il?
La réponse est: la nécessité de trouver la structure interne du proton.
FIG: masse de protons d'environ 938 MeV, et la masse de fromage blanc produit par 10 MeV à environ mécanisme de Higgs
structure interne Proton
Selon le modèle de quark physicien américain Gelman (Gell-Mann Murray), il y a trois particules de protons internes plus fondamentales appelées « quarks ». Gherman en raison du modèle a remporté le prix Nobel 1969 en physique.
Nous savons maintenant que le proton est composé de quarks et de gluons, gluons comme bâton de colle pour coller les quarks ensemble. Dans un temps très court, gluons peut être divisé en une paire de quarks. Encore une fois, ceux-ci peuvent être quark et gluons polymérisation anti-quark.
FIG: Proton structure interne: quark de valence, quark de mer et gluons
Ceci est juste une grossière image, il y a des questions plus fondamentales à résoudre: viennent le spin et la masse du proton?
Les scientifiques croient maintenant le spin, la qualité et la nature de son autre complexe nucléaire au sein et entre les quarks et les gluons produits par l'interaction. Mais nous ne savons pas exactement comment il est arrivé. L'interaction entre la gomme et le sous quark, est causée par une théorie appelée « QCD » (chromodynamique quantique, QCD) décrit ici.
QCD
Une description complète de la théorie est la QCD interaction forte, qui fait partie de la théorie de base de la physique des particules « modèle standard ». « Modèle standard » décrit la force d'interaction connue dans l'univers en plus de gravité. physicien américain Gross (David Gross), Politzer (David Politzer) et Wilczek (Frank Wilczek) la découverte d'une caractéristique majeure de cette théorie en 1973 - "liberté asymptotique" et a remporté le prix Nobel 2004 prix en physique.
la liberté asymptotique QCD nous permet de résoudre la nature de la perturbation à haute énergie dans la région, mais il ne peut pas être directement résolu non perturbative zone QCD.
Ensuite, nous utilisons les expériences de collisions à haute énergie pour explorer.
APEM
cent mille fois plus petits que des protons de l'atome, quark et gluons échelle de plusieurs ordres de grandeur plus faible que le proton. D'autre part, dépend de la nature des quarks et des gluons nucléaires comportement collectif que beaucoup quark-gluon merveilleux par la présentation des interactions complexes des résultats globaux. Cela rend difficile pour nous de comprendre pleinement la nature et la structure du proton.
Nous avons besoin d'une grande sensibilité de la sonde.
Depuis la naissance du microscope optique, les scientifiques dynamiques de bactéries et d'autres organismes minuscules observé par un microscope optique. Des méthodes similaires sont également appliquées aux expériences physiques. La moitié du 20e siècle, les physiciens par diffraction des rayons X « voir » les atomes. Il y a 50 ans, le premier physicien à « voir » dans un test d'électrons et de protons entrent en collision dans le quark. Ce processus de détection est appelée « diffusion inélastique profonde » (Deep Scattering inélastique, DIS).
DIS est un bombardement par faisceau d'électrons à grande vitesse par des protons ou des noyaux pour étudier la structure interne de la technologie de pointe. La relation entre la longueur d'onde et l'énergie quantique mécanique élevée, plus l'énergie du processus de collision, la plus courte longueur d'onde du photon virtuel, la plus petite dimension de la sonde. Si la sonde est également beaucoup plus petite échelle que le proton lui-même, les scientifiques seront en mesure de « voir » à l'intérieur des particules plus fines de protons, qui peut « voir » la structure interne du proton. Par exemple, à un dixième de l'échelle de protons, les scientifiques ont été en mesure de voir le quark de valence, haute énergie à nouveau, quand un pour cent de protons à grande échelle, vous pouvez clairement voir la mer quarks, si l'échelle micrométrique dans le proton un des éléments suivants, vous pouvez voir le gluon.
FIG: électron - proton diffusion inélastique
La première a eu lieu dans la première expérience DIS DESY (DESY) dans hadrons - accélérateur électronique anneau HERA. Les scientifiques ont mené des expériences de collision électrons et de protons. dispositif HERA est situé à Hambourg, en Allemagne, allant de 1992 à 2007. Bien que ses résultats ont contribué à notre compréhension de la structure nucléaire, mais n'a toujours pas résoudre la « crise de spin ». En outre, puisqu'il n'y a aucun moyen HERA faisceau d'ions lourds, il n'y a donc pas de noyau quark et gluons comportementale.
FIG: hadrons - anneau accélérateur d'électrons HERA, Hambourg, Allemagne.
Comme un médecin, comme l'imagerie en trois dimensions du corps humain à travers le CT, afin de problèmes physiques quarks et gluons complètement claires dans le monde, nous avons besoin d'un super microscope pour observer la structure interne et le mouvement des protons, qui est - collisionneur électronique Ion.
Collider électronique Ion
Electron - collisionneur d'ions (Ion Collider Electron, CPN) est un grand accélérateur de particules, et le bombardement de protons entre celles-ci des noyaux plus lourds sans structure interne de la structure électronique, nucléaire et d'explorer des noyaux internes et quark et gluons interactions. EIC est l'avantage d'un collisionneur d'énergie relativement élevée, ce qui peut voir plus clairement la structure interne des protons: un pour cent à la structure à grande échelle dix millième du proton lui-même.
Sont considérés comme « super microscope électronique multi-dimensionnelle, » le CPN, nous fournira les premiers quarks et gluons à l'intérieur du monde représenté définition nucléaire, image en trois dimensions, et, finalement, la formation de notre nouvelle compréhension de l'univers visible. Les profondeurs de l'univers, seront dévoilées le mystère.
La construction de Hadron électronique Ion
Les scientifiques proposent un nouveau plan: construire collisionneur électronique Ion.
EIC est l'un de la construction physique de plus des programmes de recherche nucléaire à haute énergie de priorité de la communauté internationale. À l'heure actuelle, la communauté internationale de la physique nucléaire a essentiellement formé un consensus: EIC est l'étude des moyens les plus efficaces de noyaux nucléaires, atomiques dans la distribution quark-gluon. Les Etats-Unis et l'Europe envisagent de construire collisionneur électron-ion à haute énergie.
2018 « publié par le rapport d'évaluation scientifique collisionneur Ion American Electronics », souligne clairement l'importance de collisionneur électron-ion dans la science: « la qualité de la façon de produire nucléaires et d'autres grandes questions scientifiques exige un faisceau d'électrons et d'ions fortement polarisé flux EIC, le CPN ont également un EIC un tel dispositif luminance suffisamment élevée et de l'énergie de masse suffisante et réglable. dispositif sera unique au monde ".
En Chine, les scientifiques ont mis en avant des plans pour construire collisionneur d'ions électroniques de la Chine.
2050 en fonction des grandes installations scientifiques planification feuille de route de notre pays, dès 2012, dirigé par l'Institut de physique moderne, l'Académie chinoise des sciences mis en avant, (la fin de 2018 a été commencé la construction à Huizhou, province du Guangdong HIAF,) à haute intensité dispositif accélérateur d'ions lourds sur la base de l'ajout d'un nouveau faisceau d'électrons, faisceau d'électrons et de protons / faisceaux d'ions lourds de construction sont polarisées Collider ion électronique chinois (collisionneur électron ion en Chine, EICC).
Figure: EICC Conception figure
Livre blanc EICC a été publié dans la « technologie nucléaire » en ligne
Probe est déterminé par le collisionneur à l'échelle de l'énergie. échelles de sonde EICC d'environ un pour cent à un millième d'un proton est les meilleures études régionales de quarks de mer. Après EICC terminé, il sera le premier au monde à courir à la mer quark polarisé collisionneur électron-ion gamme d'énergie.
La recherche scientifique des problèmes de base majeurs mesurer avec précision la structure mer quark dimensions et en trois dimensions, la structure et les propriétés des noyaux atomiques, des protons et de l'état de hadrons exotiques l'origine de la masse et d'autres objectifs principaux EICC physiques comprennent. Nous croyons qu'un des objectifs plus larges, plus physiques en profondeur seront continuellement renouvelée.
La Chine et les États-Unis EIC EICC quelle est la principale différence sera-il?
L'énergie et la différence de but physique. énergie EICC situé aux États-Unis est en cours d'exécution dans une zone vide entre les dispositifs et de haute énergie future Jefferson Laboratory (de JLab) EIC. Trois dispositifs cibles physiques se complètent: la structure principale de quark mer EICC, tandis que les Etats-Unis se sont intéressés à la physique du CPN-gluon, laboratoire Jefferson est actuellement en cours d'exécution de la structure principale de quarks de valence.
Figure: CPN étudiera la structure de la matière pour faire avancer les quarks et les gluons de la mer à partir du niveau de quarks de valence
perspective
Collider électronique Ion est données actuellement disponibles dans le monde pour les scientifiques afin de maximiser la compréhension de la théorie QCD ne considérer la construction de dispositif expérimental. Cependant, la construction d'un accélérateur électronique Ion Collider et présente la technologie détecteur d'énormes défis qui seront censés promouvoir l'accélérateur de la science. Cela profitera non seulement de la physique nucléaire, mais aussi favoriser le développement futur de la science médicale, la science des matériaux et de l'industrie des puces.
Construction et fonctionnement du collisionneur électron-ion pour étudier la physique nucléaire marquera le début d'une nouvelle ère. Nous attendons avec impatience un grand nombre de jeunes dans la recherche fondamentale à l'avant-garde de cette exploration de la structure de la matière nucléaire aller.
Remerciements: Remercié le groupe de travail collisionneur électron-ion polarisé chinois d'experts, l'Université de Nanjing remerciements Professeur Wang Fan a fait beaucoup de précieux commentaires et suggestions pour cet article.
Principales références:
1. "plan d'collisionneur électron-ion Chine polarisée", 2020.
2. collisionneur électron Ion: The Next Frontier QCD Comprendre la colle qui nous lie tous, arXiv: 1212.1701.
3. Les Etats-Unis National Academy of Sciences "Collider rapport d'évaluation scientifique de l'e-ion des États-Unis"
Source: Institut de physique moderne
Editeur: Petit Lin Lvzi
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