L’installation de physique nucléaire de nouvelle génération du collisionneur électron-ion obtient une approbation critique

Crédit : Laboratoire national de Brookhaven

L’étape CD-1 marque le début de la phase d’exécution du projet d’installation de physique nucléaire de nouvelle génération qui sondera les plus petits éléments constitutifs de la matière visible.

Le département américain de l’énergie (DOE) a accordé la décision critique 1 (CD-1) pour le collisionneur électron-ion (EIC), une installation de recherche en physique nucléaire unique en son genre qui sera construite au laboratoire national de Brookhaven du DOE sur Long Île. Suite à l’approbation par le DOE du « besoin de mission » (appelé CD-0) en décembre 2019, cette annonce marque l’achèvement de la phase de définition du projet et de sa conception conceptuelle. L’approbation du CD-1 donne l’autorisation de démarrer la phase d’exécution du projet, en commençant par l’avant-projet.

« La réussite de cette étape importante reconnaît le travail acharné de nombreuses personnes dans des circonstances difficiles. Cela indique également que le projet EIC est prêt à se concentrer sur l’établissement d’une référence de performance pour guider la construction de l’EIC », a déclaré Kathleen Hogan, sous-secrétaire par intérim du DOE pour la science et l’énergie. « Nous sommes ravis que les équipes conjointes de l’EIC du Brookhaven National Laboratory et de Thomas Jefferson National Accelerator Facility réalisent des progrès constants et soutenus compte tenu de l’importance de l’EIC pour la mission du DOE et l’avenir du programme de physique nucléaire du DOE. »

L’EIC est financé par le gouvernement fédéral, principalement par l’intermédiaire du DOE Office of Science. Il s’appuiera sur l’expertise du complexe de laboratoires nationaux du DOE et des universités et instituts de recherche du monde entier. Le coût total du projet devrait se situer entre 1,7 et 2,8 milliards de dollars.

“Nous sommes ravis d’entrer dans la prochaine étape consistant à traduire les plans du collisionneur électron-ion en une installation de recherche de pointe qui ouvrira une nouvelle frontière en physique nucléaire”, a déclaré le directeur du Brookhaven Lab, Doon Gibbs.

Thomas Jefferson National Accelerator Facility (Jefferson Lab) à Newport News, Virginie, est un partenaire majeur du projet et continuera d’apporter des contributions importantes.

« Jefferson Lab est fier de poursuivre son partenariat avec Brookhaven Lab, alors que nous travaillons ensemble pour construire cette installation de recherche de nouvelle génération », a déclaré Stuart Henderson, directeur du Jefferson Lab. « Chez Jefferson Lab, nous sommes impatients d’aller de l’avant dans la réalisation de l’EIC. Cette machine permettra non seulement une nouvelle ère de découverte scientifique avec sa portée sans précédent à l’intérieur de la matière, mais complétera et étendra également la recherche de précision en cours dans notre propre installation d’accélérateur de faisceau d’électrons continu.

Crédit : Laboratoire national de Brookhaven

L’EIC sera un collisionneur de particules de 2,4 milles de circonférence, le premier du genre au monde. Il dirigera des faisceaux d’électrons polarisés à haute énergie dans des collisions avec des protons polarisés et des noyaux atomiques pour produire des instantanés 3D précis des structures internes de ces particules. Les expériences menées à l’EIC aideront les scientifiques à percer les secrets de la force la plus puissante de la nature et à explorer comment de minuscules particules appelées quarks et gluons construisent la masse, le spin et d’autres propriétés de toute matière visible.

La science de pointe qu’un EIC permettra et les innovations technologiques nécessaires pour en faire une réalité ont le potentiel d’alimenter les technologies de demain. Les avantages s’étendront au-delà de la physique pour faire progresser la santé et la médecine, la sécurité nationale, l’énergie nucléaire, la production de radio-isotopes et les utilisations industrielles des faisceaux de particules.

L’État de New York s’est fortement engagé dans le projet. Un financement d’environ 100 millions de dollars de l’État de New York soutiendra la construction de nouvelles infrastructures à Brookhaven Lab, notamment des bâtiments et des routes essentiels pour l’EIC.

« L’État de New York est fier de s’associer au gouvernement fédéral et au Brookhaven Lab pour installer le premier collisionneur électron-ion polarisé au monde et le premier nouveau collisionneur construit aux États-Unis depuis des décennies, ici à Long Island », a déclaré Empire State Development Acting. Commissaire et président-directeur général désigné Eric Gertler. « Ce projet garantit que Brookhaven Lab et l’État de New York restent un chef de file dans le domaine de la découverte scientifique, tout en créant des milliers d’emplois et en générant des milliards de dollars de nouvelles activités économiques.

Conception EIC

La conception de l’EIC comprend la construction d’un nouvel anneau de stockage d’électrons et de composants d’accélérateur d’électrons qui fonctionneront de manière transparente avec l’infrastructure existante fournissant actuellement des faisceaux pour le collisionneur d’ions lourds relativistes (RHIC) au laboratoire de Brookhaven. RHIC, une installation utilisateur du DOE Office of Science, est au service des physiciens nucléaires depuis le début de ses activités en 2000.

Programme de physique EIC

Le nouvel anneau d’électrons permettra aux électrons polarisés d’interagir avec les protons polarisés et les gros noyaux pour sonder avec précision et produire des instantanés dynamiques des éléments constitutifs de ces particules nucléaires, un peu comme un scanner CT pour les atomes. Les scientifiques utiliseront les données recueillies à partir de millions de collisions pour étudier la « force nucléaire forte » – la force la plus puissante de la nature – et pour répondre à d’autres questions de longue date en physique, notamment où le proton obtient sa « rotation » et comment il obtient sa masse.

Avantages étendus

La construction de l’EIC maintiendra le leadership américain en physique nucléaire et en science des accélérateurs, domaines cruciaux pour notre sécurité technologique, économique et nationale. Le projet offrira également des opportunités d’éducation et de développement de la main-d’œuvre pour former la prochaine génération d’experts dans ces domaines.

En outre, les avancées technologiques déjà en cours de développement pour faire de l’EIC une réalité – accélérateurs innovants et composants de suivi des particules et outils et techniques de gestion des données – pourraient avoir des impacts étendus. Il s’agit notamment de nouvelles approches de la thérapie du cancer, de la résolution d’autres défis liés au « big data » et de l’amélioration des installations d’accélérateurs pour tester les batteries, les catalyseurs et d’autres matériaux liés à l’énergie.

Les connaissances issues de la recherche à l’EIC seront publiées dans la littérature scientifique ouverte et seront mises à la disposition de tous les partenaires, y compris les partenaires commerciaux.

L’infrastructure du collisionneur-accélérateur qui alimente l’EIC de Brookhaven sera également à la disposition des chercheurs qui utilisent des faisceaux de particules pour produire et mener des études sur les isotopes médicaux et pour étudier les effets du rayonnement spatial simulé dans le but de protéger les futurs astronautes.

Collaboration EIC

L’EIC sera une installation internationale, attirant l’expertise du monde entier. Le groupe d’utilisateurs EIC en pleine croissance comprend déjà 251 institutions membres de 33 pays, avec 88 institutions américaines représentant 27 États, Porto Rico et Washington, DC

« Le projet EIC bénéficie énormément d’un ensemble diversifié d’expériences en science des accélérateurs, en technologie des détecteurs et en théorie dans de nombreuses institutions dans le monde, fournissant une base essentielle pour un vaste programme scientifique EIC et offrant des opportunités éducatives exceptionnelles à plusieurs générations d’étudiants et de post-doctorants dans le monde entier, », a déclaré Bernd Surrow, professeur à l’Université Temple et président du groupe EIC Users.

La construction de l’EIC devrait commencer en 2024, l’installation commençant ses opérations au début de la prochaine décennie.