Широкоугольный объектив для субатомного мира ✛
В Jefferson Lab электроны разгоняются до 12 ГэВ и врезаются в протоны, чтобы выпытать их секреты. Но существующие детекторы похожи на фотокамеры с узким полем зрения: либо видно много, но тускло, либо ярко, но крошечный кусочек. Электронное рассеяние — главный инструмент, но статистики не хватает для тонких эффектов.
Новый спектрометр SoLID (Solenoidal Large Intensity Device) меняет правила игры. Это широкоугольный объектив для субатомного мира: большой акцептанс — доля частиц, которую детектор ловит, — сочетается со светимостью до $10^{39}$ см^-2 с^-1, мерой интенсивности столкновений. Для сравнения, светимость Большого адронного коллайдера при запуске была на пять порядков ниже. SoLID будет собирать рассеянные электроны и рождённые частицы в огромном диапазоне углов, не теряя чёткости.
Три главных задачи SoLID — три разных объектива в одной оправе. Первый — трёхмерная томография нуклона через полуинклюзивное глубоконеупругое рассеяние: измеряя не только рассеянный электрон, но и вылетающий адрон, физики восстанавливают импульсное распределение кварков и глюонов. Второй — рождение J/ψ-мезона вблизи порога: редкий процесс, который открывает доступ к глюонным гравитационным формфакторам, характеристикам распределения массы и давления внутри протона. Третий — нарушение чётности в глубоконеупругом рассеянии: различие в рассеянии левых и правых электронов, чувствительное к слабым взаимодействиям и возможной новой физике.
До SoLID экспериментаторы стояли перед выбором: либо большой акцептанс, либо высокая светимость. CLAS12 и GlueX ловят много частиц, но работают при умеренной светимости около $10^{35}$ см^-2 с^-1. Магнитные спектрометры HRS, SBS, HMS, SHMS дают высокое разрешение, но их акцептанс мал. SoLID впервые сочетает оба качества, открывая дорогу к измерениям, которые раньше были невозможны из-за нехватки статистики. Это позволит резко сузить неопределённости в функциях распределения кварков и глюонов, а также проверить Стандартную модель на низких энергиях, где могут прятаться следы новых взаимодействий.
Широкоугольный объектив SoLID наведён на самое сердце материи. Через несколько лет он начнёт собирать свет субатомных событий, и тогда протон перестанет быть размытым пятном — мы увидим его внутреннюю механику с беспрецедентной чёткостью.
Светимость SoLID в эксперименте PVDIS достигнет $10^{39}$ см^-2 с^-1 — это примерно как если бы каждую секунду через мишень проходило $10^{39}$ частиц на квадратный сантиметр. Для сравнения, светимость Большого адронного коллайдера на момент запуска была около $10^{34}$ см^-2 с^-1, то есть на пять порядков ниже.