米国は主導権を握り、すぐに大規模な実験を開始して、ニュートリノと呼ばれるとらえどころのない、ほぼ質量のない粒子が奇妙なことに、それ自体の反粒子である場合にのみ可能となる、仮説上のタイプの核崩壊を探す必要があります。これは、米国の核物理学者によって開発された新しい長期計画の 4 つの推奨事項の 1 つです。本日、ワシントンDCで連邦諮問委員会に提出されたこの計画は、エネルギー省（DOE）の核物理プログラムと全米科学財団（NSF）の物理プログラムにおける今後10年間の計画を通知するものです。研究者が新しい崩壊を観察し、3 年以内に実験に取り掛かることを望んでいる場合、この発見には核物理学と素粒子物理学の教科書を書き直す必要があります。
原子力科学諮問委員会 (NSAC) によって全会一致で承認されたこの報告書は、すぐに DOE の職員から称賛されました。 「これは野心的な計画です」と、DOE の 51 億ドルを投じる科学局の局長代理であるパトリシア デマー氏は言います。 「これは過去に基づいており、非常に有望な未来を見据えています。」
予想通り、計画はまた、米国の核物理学者が最終的に新しいコライダーを構築することを推奨しました。これは、電子のビームを陽子またはより重い原子核のビームに打ち砕くものです。しかし、この報告書は、そのような電子イオン衝突型加速器をいつ建設できるかについて確固たるタイムラインを示しておらず、早くても2020年代の終わりまで完成できないことを示唆している.それでも、物理学者と DOE の関係者は、報告書で 3 番目にランク付けされたこの勧告は依然として注目に値すると述べています。これは、米国のコミュニティがそのようなコライダーを構築するというコンセプトの背後に集まっていることを示しているからです。 「それが目標を定義していると思います」と Dehmer 氏は言います。
しかし、報告書の最優先事項は、研究者が最初に、米国の核物理学者がすでに持っている 3 つの主要な施設を十分に活用することです。バージニア州ニューポート ニューズにあるトーマス ジェファーソン国立加速器施設の物理学者は、主に陽子と中性子の内部構造を調べるために使用する連続ビーム電子加速器施設 (CEBAF) への 3 億 3,800 万ドルのアップグレードを完了しています。イースト ランシングにあるミシガン州立大学の物理学者たちは、7 億 3000 万ドルをかけて希少同位体ビーム施設 (FRIB) を建設しています。この施設は、2022 年に完成すると、エキゾチック核を生成し、その構造を研究する線形加速器です。最後に、2000 年以来、ニューヨーク州アプトンにあるブルックヘブン国立研究所の物理学者は、相対論的重イオン衝突型加速器 (RHIC) を使用して、金などの原子核を一緒に粉砕し、陽子と中性子を文字通り溶かして、その構成要素の非晶質プラズマにしました。クォークとグルーオン — 生まれたばかりの宇宙を満たしていたような.
新しい長期計画では、3 つの施設すべてを予見可能な将来に向けて運用することが求められており、RHIC はほぼ間違いなく寿命に近づいています。イリノイ州のアルゴンヌ国立研究所の物理学者で NSAC の議長である Donald Geesaman は次のように述べています。
わずか 2 年前までは、現在の 3 つの施設すべてを米国の物理学者が運営できるとは思えませんでした。 2012 年、非常に厳しい予算の見通しに直面して、DOE は NSAC に対し、必要に応じて CEBAF と RHIC のどちらの施設を犠牲にするかを決定するよう命じました。翌年 1 月、物理学者たちはしぶしぶ、選択を迫られた場合、RHIC をシャットダウンすることを選択することを決定しました。しかし、それ以来、DOE の核物理学予算は十分に回復しており、今後数年間のインフレだけで予算が増加したとしても、現在 3 つの施設を同時に運営することは実行可能である、と報告書は述べています。これらの予算の増加は、コミュニティがそのような削減を回避するためのその主張をいかに効果的に提示したかを反映していると、DOE の核物理学担当アソシエイト ディレクターであるティモシー ホールマンは述べています。
レポートの 4 番目の推奨事項は、近年急速に縮小している小規模および中規模のプロジェクトにより多く投資することです。 「それは FRIB を構築するために行った正しいことでした」と Geesaman は言いますが、今こそ軌道修正する時です。
明らかに、長期計画の最新の要素は、ニュートリノレス二重ベータ崩壊と呼ばれるまれな核崩壊の探索を迅速に進めることです。 「確かに、[プロジェクト] は、これまでとは異なる確率のカテゴリに分類されています」と Hallman 氏は言います。
通常のベータ崩壊では、トリチウムなどの原子核の中の中性子が、電子と反ニュートリノを吐き出して陽子に変化します。セレン 82 などのいくつかの原子核は、いわゆる二重ベータ崩壊で 2 つの電子と 2 つの反ニュートリノを吐き出すことができます。しかし、ニュートリノのない二重ベータ崩壊では、原子核から出てくる電子は 2 つだけです。それが起こるためには、ニュートリノはそれ自身の反粒子でなければなりません.1つの電子で放出された反ニュートリノはすぐにニュートリノとして再吸収され、2番目の電子の放出を引き起こすからです.
ニュートリノがそれ自身の反粒子であるとすれば、それはその性質を持つ唯一の物質のビルディングブロックになるでしょう - 光子グルオンのような力を運ぶ粒子はそれ自身の反粒子です.また、ニュートリノは、いわゆるヒッグス機構によって重み付けされる他の物質粒子とは異なる質量を取得する必要があることも意味します.
そのようなまれな崩壊が存在する場合、物理学者は、バックグラウンド放射線が低いはるか地下で作業し、キセノン 136、ゲルマニウム 76、またはテルル 130 などの大量の原子核を観察する必要があります。世界中の物理学者は、すでに数キログラムのそのような物質を使った実験に取り組んでいます。しかし、崩壊を発見するにはトン規模の実験が必要になる可能性が高く、報告書は米国に対し、早ければ2018年にも実験を開始するよう呼びかけている。ラボ。 「米国が主導権を握りたいのなら、待ちきれない」トン規模の実験には、数億ドルの費用がかかる可能性があります。
計画を達成するのは簡単ではないかもしれません。核物理予算は、今後 10 年ごとにインフレ率を 1.6% 上回る、または 3.5% から 4% の絶対的な割合で増加すると想定しています。 Dehmer 氏は諮問委員会で、それは難しい注文だと警告した。それでも彼女は、核物理学のコミュニティは、2007年に最後の長期計画を発表して以来、それについてうまくやっていると述べた.Dehmerは、その予算の成功は、そのような計画を受け入れようとするコミュニティの意欲のおかげであると考えている.これは、他の分野の物理学者が時々苦労する.
