I protoni girano. È una proprietà intrinseca che può influenzare gli esperimenti sugli acceleratori che utilizzano fasci di protoni. Tuttavia, capovolgere gli spin dei protoni potrebbe offrire spunti sugli esperimenti di fisica nucleare che studiano i primi momenti dell'universo in un ambiente di laboratorio. Un nuovo gruppo di magneti "spin flipper" inverte in modo efficiente la direzione di rotazione dei protoni che circolano nel Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC). Questi ribaltamenti modificano lo spin della particella con un'efficienza del 97 percento senza modificare le altre caratteristiche del raggio. Questo capovolgimento è essenziale per eliminare errori sistematici che potrebbero essere causati da protoni che hanno una direzione di spin durante un esperimento.

Facendo scontrare particelle con i loro spin allineati in una data direzione, gli scienziati possono scoprire i dettagli di come gli elementi costitutivi dei protoni (quark e gluoni) contribuiscono allo spin, una proprietà che rende possibile la risonanza magnetica (MRI). Tali esperimenti di fisica nucleare, che si basano su collisioni protoniche, bisogno di misurare con precisione gli effetti causati dallo spin delle particelle. Per escludere errori che un determinato allineamento potrebbe causare, gli scienziati devono invertire regolarmente la direzione di rotazione durante gli esperimenti. I nuovi magneti spin flipper lo fanno in modo efficiente. Consentiranno inoltre di ottenere regolarmente i parametri del fascio che sono essenziali per un funzionamento più stabile e ottimizzato del collisore di protoni.

Lo spin dei fasci di protoni ad alta energia è fortemente accoppiato alla loro direzione orbitale:una deflessione orbitale di un grado ruoterà anche lo spin di un protone da 255 miliardi di elettronvolt (GeV) di 490 gradi, o più di una rotazione completa. Per mantenere i raggi polarizzati a queste energie è necessario l'uso di due sistemi magnetici specializzati noti come serpenti siberiani e un controllo estremamente accurato dell'orbita del raggio. Il nuovo spin flipper è composto da quattro magneti a corrente continua e cinque magneti a corrente alternata che sono disposti con cura per localizzare completamente le deviazioni orbitali all'interno dello spin flipper senza interferire con il controllo del raggio nel resto di RHIC. Ciò rende possibile capovolgere lo spin senza causare anche depolarizzazione. Inoltre, nuove funzioni ottiche in RHIC riducono notevolmente la diffusione della frequenza di precessione di spin. Insieme, questi dispositivi hanno raggiunto un'efficienza di rotazione dello spin del 97 percento a energie protoniche a 24 e 255 GeV. Questi risultati dimostrano che lo spin flipper a nove magneti funzionerà per gli esperimenti sui protoni polarizzati al RHIC. Lo stesso approccio potrebbe essere applicabile a un possibile futuro collisore di ioni di elettroni polarizzati.