コスト超過に苦しんでいるエネルギー省 (DOE) は、米国の次の大規模な素粒子物理実験を 2 つのフェーズで構築することを決定した、と当局者は今月物理学者に語った。この決定は、メガプロジェクト (実際には、ロングベースライン ニュートリノ施設 (LBNF) と深部地下ニュートリノ実験 (DUNE) と呼ばれる 2 つの絡み合った取り組み) が、この 10 年の終わりではなく、2030 年代半ばまで元の仕様に完成しないことを意味します。そして、すでに膨れ上がっているコストはさらに増加するでしょう。
しかし、調整された計画では、2029 年には LBNF/DUNE のスリム化されたバージョンが稼働するはずであると、研究者は述べています。そのタイムラインでは、この実験は、ハイパーカミオカンデ (ハイパー K) と呼ばれる日本のライバルに勝って重要なニュートリノ測定を行う可能性がまだ残っている、と DOE の高エネルギー物理学担当アソシエイト ディレクターであるジム シーグリストは言います。 3 月 16 日、スノーマス プロセスとして知られる地域計画の演習中。 「DOE は、LBNF/DUNE が最初に登場する可能性がまだあると考えています」と Siegrist 氏は電子メールに書いています。
フェルミ国立加速器研究所 (Fermilab) のニュートリノ物理学者であり、1400 人のメンバーからなる DUNE コラボレーションの共同スポークスパーソンである Regina Rameika は、このプロジェクトに関与した物理学者が方針の変更を示唆したと述べています。 「私たちは皆、何が最初で何が次に来るかについて同じページにいます」と彼女は言います。しかし、スペインのエネルギー、環境、技術研究センターの DUNE 物理学者である Inés Gil-Botella は、延長されたスケジュールが課題を提示していると述べています。 「第 1 段階と第 2 段階の間の遅延を可能な限り減らすために、さらに努力する必要があります」と彼女は言います。改訂された計画では、現在の 30 億ドルのコスト見積もり (当初のほぼ 2 倍) が、第 1 フェーズだけに適用されることが明らかになりました。
ほとんど質量がなく、他の物質とほとんど相互作用しないニュートリノには、生成方法に応じて、電子、ミューオン、タウの 3 つのタイプがあります。粒子が光速に近い速さで移動すると、あるタイプが別のタイプに変形することがあります。これらのニュートリノ振動を研究するために、物理学者は、粒子加速器で生成されたミュー型ニュートリノのビームを、数百キロ離れた巨大な検出器に向けて発射することができます。この検出器は、到着したミュー型ニュートリノと、途中で現れた電子ニュートリノをカウントします。
LBNF/DUNE は、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リードの廃墟となったホームステーク金鉱にある検出器まで、強力なミュー ニュートリノ ビームを発射します。極寒の液体アルゴンで満たされた新しいDUNE検出器は、ニュートリノと原子核の衝突を前例のないほど詳細に捉えます。物理学者のニュートリノ振動理論を酸テストにかけるだけでなく、宇宙が反物質よりも多くの物質をどのように作成したか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の間の非対称性である電荷パリティ (CP) 違反を探します。
10 年間の論争の後、米国の物理学者は 2013 年の前回の Snowmass での実験を中心に結集しました。 1 年後、DOE の素粒子物理学プロジェクト優先順位付けパネル (P5) は、これを新しい主要な国内の取り組みと名付けました。 2015 年、DOE は P5 ビジョンを採用しました。これは国際的に資金提供された実験で、目標質量が少なくとも 40,000 トンの液体アルゴン検出器、マルチメガワットの陽子ビームを動力源とするニュートリノ ビーム、フェルミラボの小型検出器で放出を監視するものでした。ビーム。費用は 19 億ドル未満で、2028 年までに完成すると DOE は見積もっています。しかし、鉱山の改修と掘削は、コストを押し上げ、進歩を遅らせるのに役立ちました.
現在、Siegrist 氏によると、プロジェクトはより小規模に開始され、サウスダコタ州の検出器には、計画されている 4 つのアルゴン モジュールのうち 2 つだけが含まれており、ターゲット質量の合計は 24,000 トン以下になるとのことです。フェルミラボの陽子ビームの出力は 1.2 メガワットに制限され、ラボの検出器はよりシンプルになります。第 1 段階の完了後、DOE は、おそらく数億ドルの費用がかかるアップグレードで、より大きな検出器とより優れたビームを追求することができます。
その最初のフェーズだけで、LBNF/DUNE は CP 違反を測定できるはずです。しかし、日本の Hyper-K の物理学者は、LBNF/DUNE の 1 年前の 2028 年にデータを取得し始めると述べています。 Hyper-K は、高さ 70 メートル、26 万トンの超純水で満たされた地下の円筒形タンクで構成されます。約 40,000 個の光電管が、東海にある大強度陽子加速器施設から発射されたニュートリノが水と相互作用するときに生成される独特の閃光を捉えます。
シェフィールド大学のHyper-K物理学者であるマシュー・マレックは、日本の労働者はすでに掘削を開始していると述べています。日本のスケジューリングに対する比較的保守的なアプローチを考えると、その日付は保持される可能性が高いと彼は言います。 「この段階では、DUNE が Hyper-K の前にオンになる可能性はまったくありません」と彼は言います。しかし、ミネソタ大学ツインシティーズ校の砂丘物理学者であるマービン・マーシャクは、事前にレースを認めません。 「過去 50 年以上にわたって私がこれを行ってきて学んだことの 1 つは、競合他社を過大評価しないことです」と彼は言います。
Hyper-K と DUNE は、超新星爆発や陽子が崩壊する可能性がある兆候からニュートリノも検索します。 DUNE の最終的な目標は、3 つのニュートリノ タイプの物理学者のモデルを十分な精度で調べて、あるレベルで崩壊するかどうかを判断することです。これは、新しい粒子と力の証拠になる可能性があります。技術的な理由から、Hyper-K はそうするのに苦労するでしょう、と彼女は言います.
DOE は物理学者に、新しい Snowmass プロセスの第 2 フェーズとそれに続く P5 の優先順位付けの科学的根拠を検討するよう依頼しており、懐疑論者に、プロジェクト全体がより高いコストに見合う価値があるかどうかを疑問視する機会を与える可能性があります。ピッツバーグ大学の理論家で、スノーマスの組織化に関わってきた Tao Han は、米国の物理学者がそれに対する支持を繰り返すだろうと予測している。 「最終目標を達成するためにコミュニティのサポートが必要です」と彼は言います。
マレックは、新しい計画が最初の段階だけを構築するという DOE の言い方なのかどうか疑問に思います。 「複数の段階で何かを構築する場合、最初の段階を超える可能性はほとんどありません」と彼は言います。ブルックヘブン国立研究所の DUNE 物理学者である Mary Bishai は、別の見方をしています。 」
この問題は、米国のプログラムにとって流動的な時期に発生します。米国で唯一の素粒子物理学専門の研究所である Fermilab は、2021 年 9 月に Nigel Lockyer が辞任すると発表した後、新しい所長を探しています。これは、DOE が LBNF の問題を一部挙げて、年次業績評価で研究所に不合格になる 3 か月前のことです。 /砂丘。そして 3 月 31 日に、69 歳のシーグリストは、DOE の高エネルギー物理学プログラムを 10 年間率いてきた後、退職します。米国の素粒子物理学が荒波に突入する中、誰が舵を取るかは不明です。
