- 全球首個偏振電子－質子對撞機正在建設中，已獲得超過1,000顆晶體。
- 該對撞機將幫助科學家研究可見物質的基本組成部分。
- 鉛鈦礦晶體是滿足量測儀要求的最實用技術，需約3,000顆晶體。
- EIC將使科學家能夠研究質子內部的夸克和膠子結構。
全球首個偏振電子－質子對撞機，即電子－離子對撞機（Electron-Ion-Collider，簡稱 EIC），目前正在建設中，已經獲得超過 1,000 顆晶體，以支持其龐大的 ePIC 探測器。這座粒子加速器在美國能源部（DOE）布魯克海文國家實驗室（Brookhaven National Laboratory，簡稱 BNL）與傑佛遜實驗室（Jefferson Lab）合作建造，首次進行長期採購，成功交付並驗收 1,069 顆鉛鈦礦晶體，這些晶體將成為 ePIC 探測器的一部分。
對撞機的研究目的
一旦投入運行，該對撞機將據報導將電子撞擊離子，幫助科學家研究可見物質的基本組成部分。這些晶體將用於電子端蓋電磁量測儀（Electron Endcap Electromagnetic Calorimeter，簡稱 EEEMCAL）的主要部分，該儀器是 ePIC 的多個探測系統之一。
布魯克海文實驗室的物理學家兼 ePIC 探測器的電磁量測儀負責人亞歷山大·巴齊列夫斯基（Alexander Bazilevsky）表示，該量測儀主要測量被束流散射的電子。他解釋道：“這樣的量測儀應該非常緊湊、非常精確、非常快速，並且能夠耐受輻射。”根據科學家的説法，EIC 將在相反方向上循環兩束粒子（離子和電子），兩束的束團每 10 納秒在 ePIC 中碰撞，該系統的大小如同一座房屋，將記錄這些碰撞的後果。
同時，EEEMCAL 將測量所收集電子的能量。
晶體的採購與測試
鉛鈦礦晶體是能夠滿足這些要求的最實用技術。完成的量測儀將需要約 3,000 顆定製生長的晶體，生產這些晶體將需要數年時間，這使得 DOE 將其採購列為長期項目。2024 年 4 月，DOE 為長期採購鋪平了道路，首個訂單發給捷克合成晶體生產商 Crytur 的美國分公司。每月交付約 100 至 120 顆晶體，第一階段於 2 月結束，共收到 1,069 顆晶體。
進行該過程的研究人員喬舒亞·克拉夫茨（Joshua Crafts）強調：“Crytur 發送了一批初步樣品，我們對其進行了處理，這確立了工作流程，確保每個人對於測試晶體質量的整體過程感到滿意，並且在傑佛遜實驗室、布魯克海文實驗室與 Crytur 之間進行了良好的溝通。”
研究人員測量並測試每顆晶體，以確保其符合探測器的要求。克拉夫茨表示，到目前為止，尚未有任何晶體被拒絕：“沒有任何晶體未能達到我們的整體質量目標。”該項目將隨著科學家對第一批晶體進行更全面的測試而向前推進，同時研究人員也將繼續進行探測器的機械設計，並將隨後進行其框架的製作。完成後，ePIC 可能為物理學家提供一個全新的視角，以觀察塑造普通物質的粒子和力量。
EIC 將調查夸克和膠子在質子及其他粒子內部的排列情況。每顆晶體到達後，將進行測量和質量測試，以確保其符合探測器的嚴格要求。根據美國天主教大學的 Tanja Horn 博士表示，EIC 將使科學家能夠研究介子和凱子結構，並追求質子自旋的高精度研究。Horn 表示：“我認為 EIC 的一個非常令人興奮的方向是，我們有機會研究這些過程。”該對撞機將重用布魯克海文的相對論重離子對撞機（RHIC）的大型組件，該對撞機最近完成了其最後的實驗運行。
巴齊列夫斯基在一份新聞稿中總結道：“它將為我們提供更深入的質子內部觀察，以最終的精度，將我們帶入質子結構研究的新水平。”
EIC對物質研究的潛在影響
美國首個極化電子－質子對撞機的建設標誌著在粒子物理學研究中的一個重要進展。透過這個對撞機，科學家將能夠深入探討質子內部的結構，特別是夸克和膠子的排列情況。這不僅有助於理解可見物質的基本組成，還可能揭示質子自旋的奧秘。隨著晶體的逐步交付和測試，這一項目將為未來的實驗提供關鍵支持，並可能改變我們對物質的認知。