Erdong Wang a jeho elektronové dělo. Kredit: Brookhaven National Lab.

Hadronové srážeče jako je LHC v CERNu jsou fajn. Ale částicoví fyzici myslí hodně dopředu. Teď mají na svém wishlistu elektron-iontové srážeče (EIC, electron–ion collider) v nichž by se měly srážet elektrony a ionty kvůli výzkumu atomových jader. Jeden takový srážeč by mohl vzniknout v CERNu, přidáním urychlovače elektronů (LHeC).

Srážka elektronu a iontu. Kredit: Brookhaven National Lab.

Je to velmi lákavé. V atomových jádrech se stále skrývají velká tajemství. Jedním z cílů elektron-iontových srážečů je například prostudování gluonů a mechanismů, které drží silnou jadernou silou pohromadě kvarky a vytvářejí tím hadrony, jako jsou protony nebo neutrony.

Na svém elektron-iontovém srážeči pracují i v amerických laboratořích Brookhaven National Laboratory v New Yorku, kde zase vylepšují urychlovačem elektronů stávající Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) na systém eRHIC. Pro Bookhaven je to priorita, za kterou hodlají utratit 1,6 až 2,6 miliardy dolarů. Výstavbu oficiálně zahájili v září 2020, hotovo by mělo být v průběhu dvacátých let.

Schéma srážeče eRHIC. Kredit: C. Montag et al., 2017, “Overview of the eRHIC Ring-Ring Design,” IPAC.

Srdcem srážeče eRHIC bude rekordně výkonné elektronové dělo (electron gun). Už je v podstatě hotové a teď uspělo v půl roku trvajícím testovacím provozu. Je to ďábelská mašina. Jak se chlubí Erdong Wang z Brookhavenu, s tímhle elektronovým dělem mohou urychlit elektrony z nuly na 800 milionů kilometrů za hodinu, tedy na cca 75 procent rychlosti světla, na pouhých pár centimetrech a za 2 desetimiliardtiny sekundy. Energie elektronu přitom naroste z nuly na 320 keV.

Urychlování elektronů je ale vlastně jenom jedním z úkolů elektronového děla. Také musí vytvářet dávky elektronů a zajistit, aby měly správný spin. Kvůli tomu je elektronové dělo vybavené fotokatodou, která s využitím nanoplátků arsenidu gallia generuje fotoelektrické elektrony s předem určeným spinem. Poté se do elektronového děla pustí velmi vysoké napětí a elektrony zběsile vyrazí z katody na anodu.

Výsledky z šesti měsíců experimentů potvrdily, že elektronové dělo v Brookhavenu dokonce převyšuje nároky na elektron-iontové srážeče. Momentálně drží rekord jako elektronové dělo s největším používaným elektrickým napětím na světě. Wang a jeho kolegové ještě musí doladit urychlování elektronů na rychlost blízkou rychlosti světla a pak se elektronové dělo může stát součástí srážeče eRHIC.

Video: The 2023 CFNS-CTEQ Summer School on the Physics of the Electron-Ion Collider

Literatura

New Atlas 11. 10. 2024.