電子イオン衝突型加速器

電子イオン衝突型加速器（EIC ）は、スピン偏極した電子とイオンのビームを衝突させ、深非弾性散乱を介して核物質の特性を詳細に研究するように設計された粒子加速器 の一種です。2012年には、EIC加速器の開発と建設を提案するホワイトペーパー^{[ 1 ]}が発表され、2015年には米国エネルギー省の核科学諮問委員会（NSAC）が、電子イオン衝突型加速器の建設を米国の核物理学における近い将来の最優先事項の一つに挙げました。 ^{[ 2 ]}

2020年、アメリカ合衆国エネルギー省は、ニューヨーク州アプトンのブルックヘブン国立研究所（BNL）に今後10年間で電子イオン衝突型加速器（EIC）を建設すると発表した。建設費用は16億ドルから26億ドルと見積もられている。^{[ 3 ]}トーマス・ジェファーソン国立加速器施設（ジェファーソンラボまたはJLab）は、電子イオン衝突型加速器プロジェクトの主要パートナーである。

2020年9月18日、BNLでテープカット式典が開催され、EICの開発と建設が正式に開始されました。^{[ 4 ]}

提案されたデザイン

ヨーロッパでは、CERNがLHeCの計画を立てています。また、中国とロシアも電子イオン衝突型加速器の計画を立てています。

LHeC

LHeCは既存のLHC加速器を利用し、電子をハドロンと衝突させるための電子加速器を追加する。^{[ 5 ] [ 6 ]}

技術的な課題

二極化

電子-核子衝突におけるスピン依存性を理解するためには、イオンビームと電子ビームの両方を偏極させる必要がある。高い偏極レベルを達成し維持することは困難である。核子と電子はそれぞれ異なる問題を引き起こす。電子偏極はシンクロトロン放射の影響を受ける。これにより、ソコロフ・テルノフ効果による自己偏極と、量子ゆらぎの影響による脱偏極の両方が生じる。シンクロトロン放射の影響を無視すると、スピンの運動はトーマスBMT方程式に従う。

高輝度の達成

ルミノシティは、電子と核子の相互作用の速度を決定します。相互作用モードが弱いほど、プロセスを適切に測定するために必要なルミノシティは高くなります。ルミノシティは、衝突する2つの種のビームサイズの積に反比例します。つまり、ビームのエミッタンスが小さいほど、ルミノシティは大きくなります。電子ビームのエミッタンス（蓄積リングの場合）は、シンクロトロン放射による減衰と拡散の平衡によって決まりますが、イオンビームのエミッタンスは、最初に注入された値によって決まります。イオンビームのエミッタンスは、電子冷却や確率的冷却など、さまざまなビーム冷却方法によって減らすことができます。さらに、主に加熱効果である ビーム内散乱の影響を考慮する必要があります。

科学的目的

電子イオン衝突型加速器は、高エネルギー電子を用いて陽子と中性子の下部構造を調べることを可能にします。陽子と中性子はクォークで構成され、グルーオンを介した強い相互作用によって相互作用します。これらの基礎現象の研究を包括する分野は原子核物理学であり、一般的に受け入れられている低レベルの枠組みは量子色力学です。「色」は、クォークが3つの異なる色荷（赤、緑、青） を持つと説明されるという事実に由来しています。

原子核に関連する未解明の謎の中には、スピンや質量といった核特性が、クォークやグルーオンといった低レベルの構成ダイナミクスからどのように現れるのか、といった問題が含まれる。これらの謎を定式化した研究プロジェクトには、陽子スピン危機や陽子半径パズルなどがある。

コラボレーション

電子イオン衝突型加速器のユーザーグループは、世界38カ国以上の290以上の研究所や大学から1400人以上の物理学者で構成されています。^{[ 7 ]}

過去の編集長

かつて存在した電子イオン衝突型加速器の一つに、ドイツのハンブルクにあるHERAがあります。Heraは1992年から2007年まで稼働し、318 GeVの重心エネルギーで電子と陽子を衝突させました。

参考文献

1. A. Accardi他「電子イオン衝突型加速器：QCDの次なるフロンティア - 私たち全員を結びつける接着剤を理解する」、2012年。
2. 「科学局」（PDF） .
3. 「米国エネルギー省、ブルックヘブン国立研究所を新たな大規模原子核物理施設の設置先に選定」 2020年。
4. 「ブルックヘブンが電子イオン衝突型加速器をローンチ」 2020年9月21日。
5. アベイラ・フェルナンデス、JL;アドルフセン、C.アケイ、AN。アクサカル、H.アルバセテ、JL;アレヒン、S.オールポート、P.アンドレーエフ、V。アップルビー、RB。アリカン、E.アルメスト、N.アズエロス、G.バイ、M.バーバー、D.バーテルズ、J.ベンケ、O.ベーア、J.ベリャエフ、アスファルト州。ベン・ズヴィ、I.バーナード、N.ベルトルッチ、S.ベットーニ、S.ビスワル、S.ブルームライン、J.ベッチャー、H.ボガッチ、A.ブラッコ、C.ブラント、G.ブラウン、H.他。 （2012年）。 「CERN大型ハドロン電子衝突型加速器：装置と検出器の物理および設計コンセプトに関する報告書」Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics . 39 (7) 075001. arXiv : 1206.2913 . Bibcode : 2012JPhG...39g5001A . doi : 10.1088/0954-3899/39/7/075001 . S2CID 52498118 . 
6. 「CERNの大型ハドロン電子衝突型加速器」。
7. 「ようこそ！ | 電子イオン衝突型加速器ユーザーグループ」。