5 か月前、米国エネルギー省 (DOE) は、素粒子物理学を専門とする米国で唯一の研究所の物理学者に、今後 10 年間の 19 億ドルの主力実験の計画をより手頃な価格のチャンクに分割するように依頼しました。昨日、イリノイ州バタビアにあるフェルミ国立加速器研究所 (Fermilab) の関係者は、ロングベースライン ニュートリノ実験 (LBNE) の第 1 段階の修正計画を連邦諮問委員会に提出しました。計画の望ましいオプションは 7 億 8,900 万ドルかかりますが、米国の計画担当者は、外国政府がさらに 1 億 3,500 万ドルを投入する意思がある場合、プロジェクトを大幅に改善できると述べています。
「最初の提案ほど費用がかからない、より良いアプローチを考え出すために行われた作業に、私たちは皆満足していると思います」と、DOE の科学局のディレクターである William Brinkman 氏は会議でのプレゼンテーションに出席しました。メリーランド州ロックビルの高エネルギー物理諮問委員会。フェルミ研究所の副所長で LBNE 再構成運営委員会の委員長であるキム ヨンキーと同僚は、8 月 7 日にブリンクマンに報告書を提出しました。
ニュートリノは、既知の基本的な物質の中でおそらく最も理解されていません。電子ニュートリノ、ミューニュートリノ、タウニュートリノの 3 種類があり、粒子が光速に近い速度で移動するにつれて、互いに変形する可能性があります。少なくとも最初に設計されたLBNEは、これらの「ニュートリノ振動」の決定的な測定を行うでしょう。また、ニュートリノと反ニュートリノが異なる振動をしているという証拠も探します。これは、宇宙がどのようにして反物質よりも多くの物質を含むように進化したかを説明するのに役立つ、CP 違反と呼ばれるシナリオです。 LBNE 検出器は、地下深くに構築された場合、いくつかの理論で予測されているように、陽子が崩壊する兆候を探すこともでき、超新星や大気に衝突する宇宙線からニュートリノを検出することもできます。
キム氏は、LBNE の最初の段階の新しい計画を発表しました。望ましい選択肢は、ニュートリノを地球から 1300 キロメートル離れたサウスダコタ州リードにある放棄されたホームステーク金鉱の地表にある粒子検出器に向けて発射する新しいビームラインをフェルミ研究所に建設することです。その検出器には、10,000 トンの極寒の液体アルゴンが含まれていました。 (元の LBNE の設計では、ホームステークの深さ 1480 メートルに埋設された 34,000 トンのより大きな検出器と、フェルミ研究所のより小さな「近接検出器」が必要でした。)
運営委員会は、フェルミラボの既存のニュートリノ ビームを引き続き使用するための代替計画を検討しました。現在、ニュートリノはミネソタ州のスーダン鉱山まで 735 キロメートル、アッシュ川の表面検出器まで 810 キロメートル発射されています。研究者は、現在のビームをアップグレードすることで、既存の検出器を交換するのに十分なお金を節約できると見積もっており、Ash River に 30,000 トンの液体アルゴン検出器を建設するか、Soudan の深さ 713 メートルに 15,000 トンの検出器を建設します。しかし、運営委員会は最終的に、Homestake での建設が、より充実した長期プログラムに向けたより良い第一歩になると判断した、と Kim は言います。
一部の物理学者は、新しい検出器を地表に設置することに懐疑的です。そこでは、宇宙線やその他の背景放射線源からの干渉が、陽子崩壊や超新星爆発からの信号を圧倒します。研究者は、タイミング システムを使用してフェルミ研究所からのニュートリノ パルスの到着を検出することはできますが、測定値は地下にある場合よりも感度が低くなります。
フェルミ研究所の関係者は、さらに 1 億 3,500 万ドルを集めることができれば、この問題を解決できると考えています。これにより、ホームステークの地下に 10,000 トンの検出器を建設できるようになります。そして彼らは、ヨーロッパ、インド、およびその他の米国の資金提供機関がその金額を引き上げることを望んでいる、とキムは言う.インドは協力に関心を示している、と彼女は付け加えた.
余分なお金を引き付けることは、とてつもないことではないかもしれません。ヨーロッパの物理学者は、スイスのジュネーブに近いヨーロッパの素粒子物理学研究所CERNからアペニン山脈の下にあるイタリアのグランサッソ国立研究所まで、732キロメートル離れたニュートリノを発射する独自のニュートリノ実験をすでに行っています。また、ヨーロッパの研究者の中には、より大きな実験を行いたいと考えている人もいます。たとえば、ニュートリノを 2,300 キロメートル北にあるフィンランド中部のピュハサルミ鉱山に飛ばしたいと考えています。
しかし、CERN は、世界最大の原子粉砕機である大型ハドロン衝突型加速器の高価なアップグレードにすでに取り組んでいるため、その新しいインフラストラクチャへの支払いは困難になる可能性があります。多くの物理学者は、CERN がそのような作業を行うと、新しい主要プロジェクトを 12 億ドルの年間予算に収めるのに苦労するだろうと述べています。そのため、LBNE のバイインがはるかに安いのは魅力的な選択肢かもしれません。 「欧州からの貢献 [LBNE 検出器] が地下に潜り、他の提案と競合する可能性があるという考えは、欧州の関心を引くと確信しています」と、CERN の研究ディレクターである Sergio Bertolucci は述べています。
しかし、欧州が参加を検討する前に、米国はプロジェクトにコミットする必要があるだろう、とベルトルッチは言う.米国がそうするかどうかはまだ明らかではありません。 「今後の予算に [新しい計画] をどのように適合させるかを検討しています」と Brinkman 氏は言います。 「高エネルギー物理学の予算には多くの需要があります。」
新しい計画は、10 月末に最初の DOE レビューを受ける予定である、と Kim は言います。この法案が可決されれば、研究者はいわゆる工学的設計作業にゴーサインを得るでしょう。 DOE が最終的に議会への年間予算要求にプロジェクトを追加することを承認し、議員が資金提供を承認した場合、研究所の職員は 2015 年に建設を開始し、2021 年または 2022 年に実験を完了して実行することを望んでいます。
