北京— 2 つの壮大な計画のいずれかが実現されれば、高エネルギー物理学の重心はアジアに移動する可能性があります。先週ここで開催されたワークショップで、中国の科学者は、提案された円形電子陽電子加速器 (CEPC) の完全な概念設計を発表しました。CEPC は、素粒子物理学の次の大きな課題であるヒッグス粒子の研究に取り組むための 50 億ドルのマシンです。 (設計の一部は夏に公開されました。) 現在、彼らは詳細な計画を策定し、2022 年に建設を開始し、2030 年頃に運用を開始する準備ができています (中国政府が資金提供に同意した場合)。
一方、日本政府は 12 月末までに、国際線形衝突型加速器 (ILC) であるヒッグスを研究するための同様に高価な機械をホストするかどうかを決定する予定です。日本の決定が、数年後の中国の決定にどのように影響するかは不明です。しかし、ヒッグスをめぐる将来の活動のほとんどがアジアで行われる可能性がますます高まっているようです。ヨーロッパで提案されている「ヒッグス工場」は数十年先のことであり、米国には深刻な計画はありません.
ヒッグス粒子は、他の粒子がどのように質量を獲得するかを説明する鍵であり、理論的に予測されてから 40 年以上経った 2012 年に、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である CERN で発見されました。現在、科学者は粒子の特性、他の粒子とどのように相互作用するか、暗黒物質に寄与しているかどうかを確認したいと考えています。質量だけでスピンも電荷も持たないヒッグス粒子は、実際には「標準モデルの特別な部分」であると同時に「深遠な新しい原理の先駆者」でもある「新しい種類の素粒子」である、と Nima Arkani-Hamed は言う。 、ニュージャージー州プリンストンの高等研究所の理論家。今日の素粒子物理学における最も重要な問題に答えるには、「ヒッグスを死ぬまで研究する必要があります」と彼は言います。
中国の提案をまとめた中国科学院高エネルギー物理学研究所 (IHEP) の物理学者である Joao Guimaraes da Costa は、「物理学者は少なくとも 1 台のマシンを望んでいます」と述べています。カリフォルニア大学バークレー校と東京大学カブリ数物連携宇宙研究所の理論物理学者である村山仁氏は、それぞれに科学的メリットがあるため、「理想的には両方を構築する必要があります」と付け加えています。 .
CERN の発見は、反対方向に移動する高エネルギー陽子が正面衝突に向けられる 27 キロメートルのリングであるラージ ハドロン コライダーに依存していました。これにより、多くの種類の粒子のシャワーが生成され、物理学者はヒッグスの明確な信号を見つけるために数十億のイベントをふるいにかける必要があります。それはチェリーパイを砕くようなもので、村山氏は次のように述べています。
電子を反物質の対応物である陽電子に衝突させると、通常は一度に 1 つの Z 粒子と 1 つのヒッグス粒子が生成されるよりクリーンな衝突が生じると、イギリス、コベントリーにあるウォリック大学の Bill Murray 氏は述べています。ヒッグスに起因する可能性があり、「それが何をするかを見ることができます」とマレーは言います。
電子陽電子衝突型加速器を建設するという日本の計画は、1990 年代の国際調査から発展した。物理学者は、粒子が 2 つの真っ直ぐに向かい合ったレースウェイに送られ、ライフルの弾丸が銃口と銃口を突き合わせるように衝突する線形配置を好みました。この設計は、荷電粒子が円を描くように送られ、X 線の形でエネルギーを放出するときに生じる損失を回避するため、より高いエネルギーを約束します。その欠点は、衝突しない粒子が失われることです。円形のデザインでは、衝突の別の機会のためにリングの周りを続けます.
その過程で、日本は、他の国が検出器、その他のコンポーネント、および専門知識を提供して、マシンをホストし、コストの大部分を負担する可能性があることを示唆しました. 2013 年の基本設計では、31 キロメートルのトンネルに 500 ギガ電子ボルト (GeV) のリニア コライダーを設置する予定で、その費用は人件費を除いて 80 億ドル近くかかりました。しかし、その時までに CERN チームはヒッグス質量を 125 GeV に固定していたため、ILC の設計は「やり過ぎ」だったと村山氏は言う。その後、グループは計画を修正し、長さ 20 キロメートルのトンネルに収容され、50 億ドルの費用がかかる 250 GeV の加速器を目指している、と村山氏は言う。将来のコライダー。
IHEP の科学者たちは、ヒッグス粒子が発表されてからわずか 2 か月後に独自の提案を行いました。彼らは、ヒッグス工場に必要なエネルギーが「まだ円形の方が優れている範囲にある」ことを認識していた、とマレーは言う。 CEPC は、まだ選ばれていない場所にある周囲 100 キロメートルのトンネルに埋め込まれたビームラインで、最大 240 GeV で電子と陽電子を衝突させる。
どちらのアプローチにも利点があります。 CEPC は ILC の約 5 倍の速度でヒッグスを生成するため、研究をより迅速に進めることができます。しかし、村山氏は、トンネルをさらに数キロメートル延長することで、ILC をより高いエネルギーに簡単にアップグレードできると述べています。ほとんどの物理学者は選びたくない。 2 つのコライダーは「非常に補完的です」と Murray 氏は言います。
政治家や資金提供機関が同意するかどうかはまだ分からない。 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ると、IHEP ディレクターの Wang Yifang 氏は述べています。その後、IHEP は国際的な貢献者も探します。村山氏は、2019 年に打ち出される素粒子物理学戦略の下で欧州連合からの支援を交渉するために、日本は ILC に間に合うように同意する必要があると述べています。
