米国の主要な素粒子物理学者が取らなければならないと言ったのはギャンブルです。米国の唯一の素粒子物理学研究所であるフェルミ国立加速器研究所 (Fermilab) で次のメガプロジェクトの構築を最終的に開始するには、イリノイ州バタビアにあるように計画したいと考えています。たとえそれが実験の直接的な管理を加盟国の評議会に委譲することを意味するとしても.
この勧告は、8 か月前にエネルギー省 (DOE) と国立科学財団 (NSF) によって要求された、ワシントン D.C. の連邦諮問委員会に本日提出された米国の素粒子物理学のロードマップ案に基づいています。素粒子物理学プロジェクト優先順位付けパネル (P5) は、物理学者が何年にもわたって熟考してきたものと同じ主なプロジェクトを大部分含んでいます。しかし、それは以前の計画よりも明らかにより国際的なトーンを打ちます. 「どこにいても最も重要な機会を追求し、グローバルな科学コミュニティに関与するユニークで世界クラスの施設をホストする」と、29 の推奨事項の最初の部分を読みます。
カリフォルニア大学アーバイン校の素粒子物理学者で議長を務めるアンドリュー・ランクフォードは、当初フェルミラボ プロジェクトで想定されていた「協力してすべての物理学に取り組むことができるため、この方法で進めることには説得力があると思います」と述べています。 DOE と NSF の高エネルギー物理諮問委員会 (HEPAP) は、このレポートを委託しました。 「問題は、ワシントンの意思決定者がそれを評価するかどうかです。」
この報告書は、今後 10 年間の方向性を示しており、フェルミ研究所にいわゆるロングベースライン ニュートリノ施設の建設を求めています。このメガプロジェクトは、ニュートリノを 1300 キロメートル離れたサウスダコタ州の放棄された金鉱山の地下 1480 メートルに設置された 40,000 トンの極寒の液体アルゴンで満たされた巨大な地下探知器に向けて発射します。それは、ニュートリノの 3 つのタイプまたは「フレーバー」が、光速に近い速さで加速するときに、どのように互いに変形または「振動」するかを研究するものです。研究者は、ニュートリノと反ニュートリノの振動の非対称性を探しています。これは、進化する宇宙がいかに多くの物質を生成し、反物質をほとんど生成しなかったかを説明するのに役立つ可能性があります。
フェルミラボの研究者たちは、ロングベースライン ニュートリノ実験 (LBNE) と呼ばれるこのようなプロジェクトの具体的な計画をすでに立てています。しかし、予算の制約によりそれが大幅に削減されたため、もはややる価値がないと P5 は言います。元の LBNE 提案よりもさらに野心的な国際的な実験を構築するために最初からやり直すことを推奨しています。しかし、米国の素粒子物理学の主要な資金提供者である DOE は、その管理権を譲らなければならない可能性が最も高いだろう、と Fermilab の所長である Nigel Lockyer は言う。 「私にとって、これは変革の瞬間です」と彼は言います。 「しかし、米国政府は、通常のやり方で何かを放棄しなければならないことを受け入れなければなりません。」
国際化において、P5 は、ヨーロッパの素粒子物理学者が昨年 5 月に長期戦略を改訂したときに取った先例に続いています。欧州の報告書は、この分野の最大のプロジェクトを欧州、米国、日本で共有することを提案しました。ヨーロッパは、スイスにある欧州素粒子物理学研究所 CERN で、長さ 27 キロメートルの大型ハドロン衝突型加速器 (LHC) である、世界最高エネルギーの原子粉砕機を引き続き稼働させます。これは、2 年前に長らく求められていたヒッグス粒子を発見したものです。ヨーロッパは、おそらく米国での大規模なニュートリノ実験と、提案されている国際リニアコライダー（ILC）に喜んで貢献するでしょう。その 30 キロメートルの電子陽電子衝突型加速器は、ヒッグス粒子を非常に詳細に研究するものであり、日本の物理学者はそれをホストすることを望んでいます.
その世界的なビジョンに沿って、P5 レポートは、LHC への米国の継続的な参加を最優先事項とし、LHC が陽子を破壊する速度を 10 倍にアップグレードするために物理学者が計画どおりに取り組むべきであると述べています。 1200 人を超える物理学者が、米国の素粒子物理学コミュニティの複数である LHC から提供された 2 つの最大の実験に取り組んでいます。 「LHC のアップグレードは、私たちの最優先の短期的な大規模プロジェクトです」と、カリフォルニア大学サンタクルーズ校の物理学者で P5 議長のスティーブン・リッツ氏は HEPAP に語った。同様に、日本が ILC を推進するのであれば、資金が許せば米国もその協力に参加すべきです。
全体として、P5 レポートは、大小のプロジェクトを含む、米国の物理ポートフォリオ全体に対応しています。たとえば、Snowmass プロセスとして知られる以前の 1 年間のコミュニティ調査から情報を得て、ダークマターの粒子を検出しようとする小規模な地下実験への資金提供を増やすことを推奨しています。逆に言えば、ミュオンを粉砕する衝突型加速器、電子のより重い不安定ないとこ、および他のいくつかのプロジェクトを開発するための現在の研究開発努力の終了を要求しています。
物理学者と DOE の関係者は、この計画が米国の素粒子共同体の統合に役立つことを望んでいます。一部の著名な物理学者は、ニュートリノ実験を構築することの価値に疑問を呈し、代わりに ILC や天体物理学研究への取り組みを強化するよう求めていました。
この問題は、LBNE 計画の削減によって悪化しました。フェルミラボの物理学者たちは、ホームステークに 34,000 トンの液体アルゴンで満たされたニュートリノ検出器を建設することを想定していました。地下深くで、検出器は液体アルゴン中の陽子が崩壊する兆候を探し、いくつかの理論の重要な予測であり、超新星からのニュートリノを見つけることもできた.しかし、DOE の担当者は、LBNE の 19 億ドルという値札に難色を示しました。そのため、2012 年 8 月、フェルミラボの物理学者は、表面のサイズが 3 分の 1 未満の検出器を備えた 7 億 8,900 万ドルのバージョンを提案しました。ニュートリノ振動のみを研究できたはずで、しかも限られた方法でしか研究できませんでした。
ただし、P5 のグローバル ビジョンには問題がある可能性があります。パネルは、次の 3 つのシナリオの下で何をすべきかを検討する必要がありました。DOE の素粒子物理予算 (現在 7 億 9,700 万ドル) が 10 年間で 5% 増加するシナリオ、10 年間で 17% 増加するシナリオ、および無制限のシナリオです。 .最初の 2 つのケースのいずれにおいても、米国は ILC にささやかな研究開発費とおそらくいくつかのハードウェア以上を寄付する余裕がありませんでした。
それは、他の国がプロジェクトにコミットすることを切望しているILCの日本の支持者にとって胸焼けを引き起こすかもしれません.また、日本のニュートリノ物理学者は、歴史的に米国のカウンターパートよりも優位に立っているため、すでに計画中の巨大なニュートリノ実験を追求することで、自国に役立つと主張する可能性があります。 「これは戦略上の課題です」とランクフォード氏は言いますが、米国のプロジェクトは日本の参加なしで進めることができるかもしれないと付け加えています.
最終的に、計画の成功は、コミュニティがそれに同意するかどうかにかかっていると、ランクフォードは言います。 「私たちは、これが優れたプログラムであり、バランスが取れていると信じています」とランクフォードは言います。 「それは人々が後押しできるものだと私たちは考えています。」そうでない場合、研究者によると、プラン B はありません。
*訂正、5 月 27 日午後 3 時 53 分: ストーリーは、パネルが検討した予算シナリオを修正するために改訂されました。
