米国の素粒子物理学の未来がかかっている巨大な新しい実験は、予算をはるかに超えており、予定よりも何年も遅れており、実験のホストであるフェルミ国立加速器研究所 (Fermilab) の指導者交代が混乱を助長しています。ロングベースライン ニュートリノ施設/深部地下ニュートリノ実験 (LBNF/DUNE) は、自然界で最もとらえどころのない粒子を調査するための大規模な取り組みであり、現在
30 億ドルの費用がかかると予想されており、これは暫定的な見積もりよりも 60% 高く、建設は完了しています。 4 年遅れ、最初のデータは 2029 年に予定されています。コストの上昇により、エネルギー省はプロジェクトの設計を再評価する必要がありますが、DOE の職員はプロジェクトを縮小する計画はないと述べています。
「DOE は、実験の科学的範囲を犠牲にする範囲の縮小を実施する予定はありません」と、DOE の高エネルギー物理学の副ディレクターであるジム・シーグリストは、Science への電子メールに書いています。 .一部の物理学者は、現在議会で議論されている経済を再活性化するための 3 兆 5,000 億ドルの支出計画から、DOE が超過分をカバーするための資金を得ることを望んでいます。その支出パッケージの下院バージョンには、LBNF/DUNE に 13 億ドルが含まれています。しかし、通過は確実ではありません.
LBNF/DUNE は、ニュートリノと呼ばれるかろうじて検出可能な粒子を、イリノイ州のフェルミ研究所から 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粒子検出器に発射します。ニュートリノには、電子、ミューオン、タウの 3 種類があり、光速に近い速度で移動するときに互いに変形します。 LBNF/DUNE は、そのようなニュートリノ振動の理論を決定的なテストにかけ、宇宙が反物質よりも多くの物質を生成した方法を説明するのに役立つニュートリノと反ニュートリノの振動方法の違いを探すことを目指しています。
予算超過は、1.5 キロメートルの岩石が宇宙線からの推論をブロックするホームステーク鉱山の奥深くで巨大なニュートリノ実験を構築するという 20 年間の探求における最新のひねりです。 2001 年、物理学者は全米科学財団がホームステークに広大な地下研究所を建設することを提案しましたが、10 年後に NSF の理事会は反対しました。 DOE はすぐにニュートリノ実験を望んでいることを確認しましたが、費用は当時推定されていた 19 億ドルの半分に過ぎませんでした。物理学者は国際的な貢献を募ることでプロジェクトを大きく維持し、2013 年にヨーロッパの素粒子物理学研究所である CERN が参加すると発表しました。
2015 年 11 月 5 日に、DOE は 2 部構成の実験の概念設計を承認し、12 億 6000 万ドルから 18 億 6000 万ドルの暫定費用範囲を承認しました。 LBNF には、建物、フェルミ研究所の新しいニュートリノ ビーム、サウスダコタ州の実験ホール、ニュートリノ検出器を保持するための広大な冷蔵槽が含まれます。 DUNE は検出器だけで構成されており、70,000 トンの極寒の液体アルゴンを保持するサウスダコタ州の検出器と、出射するビームを監視するフェルミラボの小さな検出器があります。
検出器の建設が承認されるまでには少なくとも 1 年はかかるが、施設の建設は 2019 年にイリノイ州で、2017 年にサウスダコタ州で開始された。 Siegrist 氏は、いくつかの要因がコストの急激な上昇を引き起こしていると述べています。鉱山の老朽化したインフラストラクチャはアップグレードが必要であり、Homestake に繊細な検出器を設置することは予想よりも困難であり、Fermilab の小さな検出器は当初想定されていたよりも高感度である必要があります。複数の情報源によると、掘削と建物の建設は、コストの約 20 億ドルを占めています。
10 月 1 日から始まる 2022 会計年度の DOE の予算要求も、国際的な貢献が予想を下回っていることを指摘しています。それでも、国際的なパートナーはホームステーク検出器の最終的な 4 つのモジュールのうち最初の 2 つのモジュールの半分の費用を負担しており、CERN はそれら 2 つのモジュールの冷蔵庫を構築すると、マンチェスター大学のニュートリノ物理学者であり、 1300 人の DUNE チーム。
予備費の超過額が非常に大きいため、DOE の規則により、関係者はプロジェクトの概念設計を再考する必要があります。しかし、彼らは気が進まないようです。新しいコストの見積もりが確定すると、Siegrist 氏は、「DOE はプロジェクトの範囲を再確認し、新しいコストとスケジュールの範囲を承認します」と述べています。つまり、DOE は設計を維持してコストを変更することを想定しており、その逆ではありません。
プロジェクト リーダーは最終的な詳細なコスト計算と建設スケジュールを提出しなければならないため、その柔軟性は 1 年以内に失われます。すでに行われた作業と解決された問題を考えると、研究者は信頼できるベースラインを策定できると確信している、と Söldner-Rembold は述べています。 「違いは、今ではすべてがテーブルにあるということです」と彼は言います。
DOE の方針は、LBNF/DUNE がより多くの資金を必要とすることを意味します。バージニア工科大学および州立大学の理論家であるパトリック フーバーは、次のように述べています。
元フェルミラボの物理学者で、下院科学委員会の委員を務めるビル フォスター下院議員 (民主党-イリノイ州) は、米国の素粒子物理学者が 2014 年にプロジェクトを優先したため、支出計画が可決され、LBNF/DUNE への資金提供が含まれると確信していると述べています。長期計画。 「プロジェクトが科学界の全面的な支持を得ている場合に、いくらかのコスト増加があれば、議会がそれを打ち切るのは間違いです」とフォスターは言います。計画が通過しない場合、DOE は、より高価な LBNF/DUNE をサポートするために、他の高エネルギー物理プログラムを削減しなければならない可能性があります。
Fermilab は、現在のディレクターである Nigel Lockyer なしで前進しなければならない可能性があります。 Lockyer 氏はその理由について語ることを拒否しましたが、DOE は研究所の経営陣を揺るがしたいと考えているようです。 LBNF/DUNE の国際協力者に宛てた書簡の中で、Siegrist と DOE の Office of Science の所長代理である Stephen Binkley は、Office は「この変更を、すべての Fermilab の取り組みを再活性化する機会と見なしている」と述べています。
DOE の職員と研究者は、Lockyer がフェルミラボを困難な時期に導いたことを認めています。彼が到着したのは、2012 年の有名なヒッグス粒子の発見を CERN の大型ハドロン衝突型加速器に譲り、2012 年の有名なヒッグス粒子の発見を、主力の原子粉砕機であるテバトロンが停止してから 2 年後の 2013 年でした。ロッキャーはフェルミ研究所と米国の物理学者たちをニュートリノ計画の周りに結集させた、とロッキャーのリクルートを支援したシカゴ大学の宇宙学者マイケル・ターナーは言う。 「彼は私たちがニュートリノをリードし、DOE がこれまでに行った中で最大のプロジェクトを行う準備を整えました。」
