科学家可能是这个世界上“最爱做梦”的一群人。对于他们来说,手头的研究和未来的梦想同样重要。最近,一批科学家提出了建造新一代对撞机——缪子离子对撞机的设想。缪子和离子碰撞在一起,将会发生什么,又能研究什么呢?这个梦想能实现吗?
物理学家希望能建造世界上第一台缪子离子对撞机。利用加速器将缪子加速至很高的能量,来粉碎质子或者原子核,开辟一个新的前沿领域以解决核物理和粒子物理中的许多基本科学问题,打开新物理的大门。
今年3月,arxiv网站上出现了一篇题为“TeV能级缪子离子对撞机的潜力”的文章,提议在TeV(万亿电子伏特)尺度上开发一个新颖的缪子质子和缪子离子对撞机装置。该装置能够在更大的能区内进行高精度深度非弹性散射测量,并为核子和粒子物理学方面提供丰富的研究主题。
作者们建议在美国布鲁克海文国家实验室(BNL)建造新型缪子离子对撞机(MuIC),作为升级以接替计划于2030年代初启动的电子离子对撞机(EIC)。MuIC的质心系能量将把EIC的深度非弹性散射物理的运动学覆盖范围提高一个数量级以上, 该覆盖范围可与欧洲核子中心(CERN)提议的大型强子电子对撞机 (LHeC) 相媲美。
更高的精度,更高的能量,更紧凑的装置,这个未来的对撞机计划听起来非常激动人心。然而,加速器的建设周期长、花费大。人们首先要关心的是:这样的装置能解决什么样的重大科学问题?
缪子离子对撞机的科学目标非常明确——利用缪子作为探针,来探测质子内部的胶子分布和性质,测量质子的质量半径,揭示胶子产生质量的机制,有望解开质子质量和结构的谜团。
缪子离子对撞机可能建成吗?为了使缪子离子对撞机成为下一代对撞机的真正竞争者,科学家们必须证明该装置可以达到很高的亮度(单位时间单位面积内的事例数)。为实现这一目标,粒子必须被聚集或冷却(速度减小)。
缪子离子对撞机作为新一代研究核子结构的超级显微镜,将揭示核子内部的胶子结构和性质,促进我们对色玻璃凝聚现象的理解,最终解开宇宙可见物质质量起源之谜。