米国の素粒子物理学者が自分たちの将来を熟考するとき、彼らは自分たち自身の驚くべき成功の犠牲者であることに気づきます。 7 年前、しばしば困難なコミュニティが現在の研究ロードマップを打ち出し、それを中心に結集しました。この団結と寛大な予算のおかげで、この分野の主な米国スポンサーであるエネルギー省 (DOE) は、リストにあるほぼすべてのプロジェクトをすでに開始しています。
そのため、来週、米国の素粒子物理学者が 1 年間にわたるスノーマス プロセスで次の 10 年に向けて新しいアイデアを打ち出し始めますが、スノーマスは、そのような計画演習がかつて行われたコロラド州のスキー リゾートにちなんで名付けられました。 ）。また、一部のサブフィールドでは、次のステップが 10 年前よりもはるかに明確ではないように見えます。 「私たちは、素粒子物理学と基礎物理学が何であるかについて、もっと心を開いて考える必要があります」と、シカゴ大学のキム・ヨンキー氏は言います. /P>
10 年前、米国の素粒子物理学コミュニティは混乱していました。高エネルギーの最前線は、ジュネーブに近いヨーロッパの素粒子物理研究所である CERN に渡され、2012 年に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 (LHC) が、粒子の最後のピースである長い間求められていたヒッグス ボソンを爆発させました。物理学者の標準モデル。一部の物理学者は、ニュートリノと呼ばれるとらえどころのない粒子を地球全体に長距離発射して、ニュートリノがどのように「振動」するかを研究するための大規模な実験を米国に構築することを望んでいました。他の人たちは、米国が次の大きなコライダーを推進するのを手伝ってくれることを望んでいました.
これらの緊張は、2013 年の最後の Snowmass の取り組みと、ロードマップを作成した素粒子物理プロジェクトの優先順位付けパネル (P5) のその後の審議中に頭に浮かびました。米国の研究者は、ニュートリノ実験を構築することに同意しましたが、国際的なパートナーを招待することで、より大きく、より良いものにしました。彼らはまた、LHC への完全な参加を継続し、国内でさまざまな小規模プロジェクトを追求することを決定しました。次のコライダーは待たなければなりません。最も重要なことは、DOE の担当者が警告したことです。実際、物理学者は、2013 年のプロセスには非公式のモットーがあったことを思い出しています。
物理学者は、現在の計画の目玉を構築し始めたばかりです。イリノイ州のフェルミ国立加速器研究所 (Fermilab) にあるロングベースライン ニュートリノ施設 (LBNF) は、粒子を 1300 キロメートルの岩石を通して、40,000 トンの極寒の液体で満たされた検出器であるサウスダコタ州の深部地下ニュートリノ実験 (DUNE) に発射します。アルゴン。 2026 年に開始される予定の LBNF/DUNE は、ニュートリノ振動と、それらがニュートリノと反ニュートリノで異なるかどうかの決定的な研究を目指しており、宇宙が反物質よりも多くの物質を生成した理由を説明するのに役立つ可能性があります。
デューク大学のニュートリノ物理学者であるケイト・ショルバーグは、「ニュートリノコミュニティの不安は、前回よりもずっと低くなっています。 「DUNE プログラムは、少なくとも 2030 年代まで続くでしょう。」しかし、研究者はすでに 26 億ドルの実験のアップグレードを考えていると彼女は述べています。
達成したミッション
| プロジェクト | 目的 | ステータス |
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他の分野では、将来はそれほど不確かに見えます。たとえば前回、科学者たちは、暗黒物質の粒子の探索においてかなり明確な道筋を示しました。これは、銀河に浸透し、銀河を重力で縛っているように見える、これまでのところ未確認のものです。研究者たちは、暗黒物質の有力な候補である弱相互作用質量粒子 (WIMP) が原子核に衝突する信号を探索する小さな地下検出器を構築していました。明らかな計画は、検出器をトン規模に拡張することでした.
現在、2 つのマルチトン WIMP 検出器が建設中です。しかし、これまでのところWIMPは現れておらず、その技術をさらにスケールアップすることは「おそらくうまくいかないだろう」と、ミシガン大学アナーバー校の物理学者であるマルセル・ソアレス・サントスは言う. 「そのため、もう少し独創的に考える必要があります。」研究者は現在、量子力学的効果を利用して絶妙なレベルの感度を達成する新しい検出器を使用して、他の種類の暗黒物質粒子の探索を検討しています。
この分野の長年の疑問は、次の優れた粒子コライダーがどうなるかということです。ブラウン大学の物理学者である Meenakshi Narain は、大量のヒッグス ボソンを発生させ、その特性を詳細に研究するために、電子を陽電子に放出するものが明らかに必要であると述べています。しかし、可能なデザインはさまざまです。日本の物理学者は、長さ 30 キロメートルの線形電子陽電子コライダーの形で、そのようなヒッグス工場について議論しています。一方、CERN は 80 ～ 100 キロメートルの円形コライダーの研究を開始しました。中国は同様の円形コライダーを計画しています.
しかし、Fermilab の加速器物理学者である Vladimir Shiltsev は、それらが唯一の潜在的な選択肢ではないと述べています。 「実際の写真はもっと暗いです。」 Snowmass の主催者は、コライダーについて少なくとも 16 の異なる提案を受け取りました。その中には、ミュオン (電子のより重く、不安定な従兄弟) を一緒に粉砕するものや、光子を使用するものなどがあります。 Snowmass の参加者はすべてのオプションを検討する必要がある、と Shiltsev は言います。
フェルミ研究所の研究担当副所長であるジョー・リッケンは、物理学者が DOE に、粒子とは何の関係もない大規模な実験を支援するよう求めることさえできると示唆している。重力波の次世代検出器であり、時空のさざ波は、ブラック ホールなどの巨大な物体が発生したときに発生する。互いにスパイラルします。レーザー干渉計重力波天文台 (LIGO) による 2015 年の発見により、宇宙に新しい窓が開かれました。
LIGO は、ルイジアナ州とワシントン州にある 4 キロメートルの長さのアームを備えた 2 つの L 字型の光学機器で構成されています。国立科学財団によって建設されました。次世代の地上設置型検出器は 10 倍の大きさになる可能性があり、科学のメガプロジェクトを専門とする DOE により適している可能性があると、Lykken 氏は述べています。 「それは、DOE が関心を持っており、おそらく必要としていることのように聞こえ始めています」と彼は言います。
今後 1 年間、Snowmass の参加者は、研究者がすでに提示した 2000 を超えるアイデアを 2 ページの要約で放送します。その後、新しいP5が新しい計画を策定します。科学者が思いついたアイデアが何であれ、彼らの新しい計画を実行するには、近年、計画プロセスが他の分野の模範となっている調和を維持する必要があります. DOE の高エネルギー物理学部門のアソシエイト ディレクターである Jim Siegrist 氏は、次のように述べています。 「だから、私たちは分裂に蓋をし続けなければならず、それは挑戦になるだろう.」
