Protoner är en av de viktigaste byggstenarna i det synliga universum. Tillsammans med neutroner, de utgör kärnorna i varje atom. Än, flera frågor skymtar om några av protonens mest grundläggande egenskaper, som dess storlek, inre struktur och inneboende spinn. I december 2020, CERN Research Board godkände den första fasen ("fas-1") av ett nytt experiment som kommer att hjälpa till att lösa några av dessa frågor. BÄRNSTEN, eller apparat för experimentell forskning om meson och baryon, kommer att bli nästa generations efterföljare till laboratoriets COMPASS-experiment.

COMPASS tar emot partikelstrålar från CERNs Super Proton Synchrotron och riktar dem mot olika mål för att studera hur kvarkar och gluoner bildar hadroner (som protoner, pioner och kaoner) och ger dessa kompositpartiklar deras utmärkande egenskaper. Genom att använda detta tillvägagångssätt, COMPASS har fått många viktiga resultat, inklusive flera resultat kopplade till protonens spinnstruktur och en mätning av pionens polariserbarhet; polariserbarheten för en hadron är graden i vilken dess positiva och negativa elektriska laddningar kan separeras i ett elektriskt fält.

AMBER kommer att bygga vidare på COMPASS arv och ta det till nästa nivå. Genom att uppgradera befintliga COMPASS-komponenter och introducera nya detektorer och mål, samt att använda den senaste avläsningstekniken, teamet bakom AMBER planerar att göra tre sorters mätningar i experimentets första fas.

Först, genom att skicka myoner, tyngre kusiner till elektronen, på ett vätemål, AMBER-teamet planerar att med hög precision bestämma protonens laddningsradie – omfattningen av den rumsliga fördelningen av partikelns elektriska laddning. Denna mätning skulle hjälpa till att lösa protonradiepusslet, som dök upp 2010 när en ny mätning av protonradien visade sig vara väsentligt annorlunda än de tidigare accepterade mätningarna.

Andra, genom att rikta protoner mot proton- och helium-4-mål, AMBER kommer att bestämma den föga kända produktionshastigheten för antiprotoner, antimateria motsvarigheter till protoner, i dessa kollisioner. Dessa mätningar kommer att förbättra noggrannheten i förutsägelser av flödet av antiprotoner i kosmiska strålar, som behövs för att tolka data från experiment som söker efter bevis på mörk materia i flödet av kosmiska antiprotonstrålar.

Tredje, genom att fokusera pioner på kärnvapenmål, AMBER kommer att mäta momentumfördelningen av kvarkar och gluoner som bildar pionen. Dessa mätningar kommer att kasta ljus på partikeldynamiken som håller ihop pionen och i slutändan på ursprunget till massorna av hadroner, vilket är känt tekniskt som uppkomsten av hadronmassa.

Ytterligare insikter om uppkomsten av hadronmassa förväntas från studier av den inre strukturen hos kaoner i den andra fasen ("fas-2") av AMBER. Dessa studier kräver att strållinjen som matar COMPASS uppgraderas för att leverera en laddad kaonstråle med hög energi och intensitet.

Att kombinera AMBERs pion- och kaon-resultat kommer att leda till en bättre förståelse av samspelet mellan naturens två massgenererande mekanismer:mekanismen som ger hadroner deras massor och Higgs-mekanismen, som förser massiva elementarpartiklar med massa.