素粒子物理学者は、次のコライダーがどのようなものになるのか、どこに構築するのかがわからないことを心配しています。ヨーロッパ、中国、日本はそれぞれ、スイスのジュネーブ近郊にあるヨーロッパの素粒子物理研究所 CERN で、現在最大の原子粉砕機である大型ハドロン衝突型加速器 (LHC) の後継計画を発表しました。しかし、LHC の懸念すべき発見の欠如は、物理学者が政府やその同僚からメガプロジェクトへの支持を集めることを困難にしています.
最も身近にあると考えられている後継機である国際リニアコライダー (ILC) は、これらの懸念を払拭しようとしています。 3月7日に東京でリニアコライダー委員会のメンバーが会合するまでに、日本政府は、75億ドルのマシンをホストするかどうかについて声明を発表する予定です.物理学者たちは一斉に息を引き取っています。 2018 年 12 月に日本学術会議 (SCJ) から批判的な報告が発表された後、公式の支持をほのめかしただけでも一部の ILC 支持者を喜ばせました。 「声明が『国際交渉が成功すれば、ILC を主催したい』のようなものであれば、それは非常にポジティブなことだろう」と日本の仙台にある東北大学の物理学者、山本均は言う。
ちょうど 7 年前、素粒子物理学者は、LHC での陽子衝突の残骸の中でヒッグス粒子が発見されたことを喜んでいました。ヒッグス粒子は、物理学者の素粒子と力の標準モデルの最後の欠落部分であり、すべての基本粒子が質量を獲得する方法の説明の要でした。しかし、多くの人は、標準モデルでは予測されない新しい粒子と力を見つけたいと考えていました。そのため、LHC はこれまでのところ空っぽになっています。
多くの物理学者は、次の大型マシンは電子と陽電子を衝突させるリニアコライダーであるべきだと長い間主張してきた。これらの点のような粒子は、それ自体が亜原子粒子の袋である陽子の衝突よりも解釈がはるかに簡単な衝突を生成します。そのため、リニアコライダーは、LHC によって発見された新しい粒子の精密分析に理想的です。 2003 年、米国、ヨーロッパ、日本のグループが力を合わせて ILC を提案しました。長さ 31 キロメートルのトンネルに収容された 2 つの直線加速器が、最大 500 ギガ電子ボルト (GeV) のエネルギーで電子を陽電子に衝突させます。 .
しかし、物理学者が 2007 年に基本設計を完成させたとき、米国は 140 億ドルの値札に難色を示しました。 2011年の東日本大震災の後、経済刺激策の一環として政府がプロジェクトに資金を提供することを支持者が望んでいたとき、日本はホスト候補として浮上した.その後、ヒッグス粒子の発見により、250 GeV に達することができる長さ 20 キロメートルのより安価なマシンが、これらの粒子を大量に生成するのに十分であることが明らかになったときに、設計は縮小されました。
「ヒッグス工場」として、ILC は、物理学者がヒッグスが崩壊してなじみのある粒子になる速度または「分岐比」を測定するのに役立ちます。標準モデルの予測との食い違いは、新しい物理学を示しています。その科学は確固たるものですが、新しい粒子を探すほど刺激的ではないと、一部の物理学者は言います。 「ヒッグス分岐比の測定に 30 年を費やしても、おそらく人々を魅了することはないでしょう」と、アーバナにあるイリノイ大学の素粒子物理学者である George Gollin は言います。
SCJ は 12 月の報告書で同様の留保を表明し、プロジェクトの未解決の技術的課題に言及し、「予想される科学的成果は…総コストの大部分を日本が負担することを正当化するのに十分である」かどうかを疑問視しています。
衝突する夢
政府は、科学的な見返りを超えた理由で、ILC の開催を提案する可能性があります。 ILC は、日本初の真の国際科学施設となり、日本を何十年にもわたって加速器物理学の中心地にするでしょう。候補地は、岩手県と宮城県にまたがる北上山地で、2011年の地震の被害を受けた地域です。地域経済への潜在的な後押しは見過ごされていません:国会への地域代表者は、産業界の利益と同様に、ILC 推進グループを形成しました。
これが、「科学コミュニティの外の人々がILCを非常に強く支持している」理由であると、日本の筑波にある高エネルギー加速器研究機構の理論物理学者でILC計画室の副所長である岡田康弘は言う.地元のニュース報道によると、過去 6 週間にわたって、市議会、市民団体、商工会議所が、ILC を支持する書簡を与党自由民主党の役人に提出しました。
しかし、ヒッグス工場の範囲は限られているため、中国とヨーロッパの両方に研究者がおり、より野心的な機械の計画を検討しています。 2018 年 11 月、中国は提案された円形電子陽電子加速器 (CEPC) の計画を明らかにしました。負けないように、CERN は 1 月に、長さ 100 キロメートルの独自の円形電子陽電子コライダーの概念設計をリリースしました。
電子と陽電子はリングの周りを曲がる際に大量の X 線を放射するため、円形コライダーは線形コライダーよりもはるかに効率が低くなります。ただし、利点もあります。トンネルは、LHC の 7 倍のエネルギーまで粒子を回転させる新しい陽子コライダーに後で使用でき、新しい粒子を発見する可能性が高まります。線形コライダーは、陽子がそのようなエネルギーに達することができなかったので、そのような陽子粉砕機に変換できませんでした.
CEPC の建設は、2021 年に始まる中国の次の 5 カ年計画の下での資金提供にかかっています。プロジェクトをリードしている北京のエネルギー物理学。また、ILC と同様に、CEPC はコストと科学的見返りに関する問題に直面しています。しかし、イリノイ州シカゴ大学の素粒子物理学者で、バタビアにあるフェルミ国立加速器研究所 (Fermilab) の元副所長である Young-Kee Kim は、中国はそのような国際協力を主催できることを世界に示すことに熱心かもしれないと述べています。 、イリノイ州。 「彼らは自分たちの力を世界に示したいのです。」
もちろん、LHC が新しい粒子を呼び起こせば、次のコライダーの科学的根拠に関する疑念は消える可能性があります。 2030 年代まで稼働するこのマシンは、計画されたデータの 10 分の 1 しか収集していません。その事実を考えると、一部の物理学者は、次のマシンを急いで決定する必要はないと言っています.
ヒッグス工場が実現しなくても、まだ道はあるかもしれません。 CERN の研究者の中には、LHC を 2 倍の強力な粒子誘導磁石を持つコライダーに置き換えたいと考えている人もいます。そうすれば、新しいトンネルの費用をかけずに、LHC のエネルギーを 2 倍にすることができます。その計画はそれほど野心的ではありませんが、フェルミ研究所の物理学者である Robert Roser は、「それが私がやりたいことです」と述べています。
