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Scienza

Quali sono le differenze tra il prossimo collisore di ioni di elettroni e il grande collisore di adroni in termini di obiettivi di ricerca e design del collisore?

Bentornati ad un'altra fantastica edizione delle domande di cultura generale !

Questa volta abbiamo cercato una curiosità scientifica :

Quali sono le differenze fondamentali tra i due? Quali sono le particelle che stanno entrando in collisione? Gli obiettivi della ricerca?

Ed ecco le risposte degli esperti:

Proprio nella mia timoneria! Il mio dottorato di ricerca è in fisica presso RHIC, che è la parte ionica di quello che diventerà il collisore di ioni di elettroni. La risposta a entrambe le tue domande è generalmente “sì”.

Come suggerisce il nome, l'EIC si scontrerà con un fascio di elettroni con un fascio di ioni come protoni, deuterio, elio-3, alluminio e oro. RHIC è attualmente in grado di far collidere questi vari ioni tra loro ma non con gli elettroni.

Gli obiettivi fisici di RHIC e gli LHC sono in linea di massima abbastanza diversi. RHIC è principalmente una macchina “fisica degli ioni nucleari o pesanti” o “fisica di spin” mentre l'LHC è principalmente una macchina “fisica delle particelle”. C'è un enorme avvertimento qui in quanto le linee tra questi diversi campi sono spesso molto sfocate e tutti gli esperimenti di LHC (ALICE, ATLAS, CMS e LHCb) hanno gruppi che studiano la fisica degli ioni pesanti (ALICE principalmente così).

I due poli principali della fisica svolta al RHIC sono lo studio del plasma di quark e gluoni e il puzzle di spin del protone. Il plasma di quark gluon è uno stato esotico della materia che può essere prodotto in collisioni ad alta energia di grandi nuclei come l'oro. I quark e gluoni costituenti dei nuclei sono deconfinati all'interno del plasma che, come ho detto, è molto esotico poiché le cariche di colore libere non esistono in circostanze “normali”. A differenza dell'LHC RHIC si scontra con fasci di rotazione polarizzati protoni che permette di studiare lo spin del protone e come si origina dalle proprietà dei suoi quark e gluoni costituenti; si sommano sempre a un giro di 1/2 in un modo ancora da capire dando origine al nome “Proton Spin Puzzle”. In generale possiamo dire che RHIC è una macchina per studiare la forza forte che è descritta dalla teoria della cromodinamica quantistica.

Poiché il sistema più semplice RHIC (o LHC) può scontrarsi è due fasci di protoni, e protoni essendo particelle composite, c'è sempre qualche incertezza su ciò che sta effettivamente entrando in collisione. Il fascio di elettroni dell'EIC, essendo l'elettrone una particella elementare, fornirà sempre uno stato iniziale ben noto. Questo può aiutare a districare quali effetti nelle collisioni di ioni pesanti si verificano a causa della presenza di materia nucleare, consentire la tomografia del protone, fornire misurazioni di spin più limitate, ecc. Ecc.

Modifica: grazie a u / DEAD_GUY 34 per aver indicato che l'EIC sarà in grado di misurare meglio le funzioni di distribuzione dei partoni (PDF) che descrivono come la quantità di moto del protone è distribuita tra i suoi costituenti. Come menzionato, ciò contribuirà a ridurre le incertezze nelle misurazioni ad alta energia presso l'LHC e nei futuri collisori di adroni. Ero sicuro di averli menzionati, ma eccoci qui!

Per favore, fai altre domande se le hai 🙂