미국 입자 물리학 자들이 자신의 미래를 생각할 때 그들은 자신의 놀라운 성공의 희생양이 된다.7 년 전, 종종 불안정한 커뮤니티는 현재 연구 로드맵을 망치고 그 주위를 모았습니다. 이러한 통일성과 관대 한 예산 덕분에이 분야의 주요 미국 후원자 인 에너지 부 (DOE)는 이미 목록에 있는 거의 모든 프로젝트를 시작했습니다.
그래서 다음 주에 미국 입자 물리학 자들이 1 년에 걸친 Snowmass 과정에서 다음 10 년 동안 새로운 아이디어를 끌어내기 시작합니다. ). 그리고 일부 하위 분야에서는 다음 단계가 10 년 전보다 훨씬 덜 명확해 보입니다. “우리는 입자 물리학과 기초 물리학이 무엇인지에 대해 훨씬 더 열린 마음을 가져야 합니다.
10 년 전 미국 입자 물리 학계는 혼란스러웠습니다.고 에너지 프런티어는 제네바 근처의 유럽 입자 물리학 연구소 인 CERN으로 넘어갔고, 2012 년에는 세계에서 가장 큰 원자 분쇄기 인 LHC (Large Hadron Collider)가 오랫동안 구매 한 마지막 입자 인 힉스 보손을 폭파했습니다. 물리학 자의 표준 모델. 일부 물리학 자들은 미국이 지구를 통해 장거리 중성미 자라 고하는 알기 힘든 입자를 발사하여 세 가지 유형 중 하나에서 다른 유형으로 이동하는 방식을 연구하기 위해 거대한 실험을 구축하기를 원했습니다. 다른 사람들은 미국이 다음 대형 충돌기를 추진하는 데 도움을 주기를 원했습니다.
이러한 긴장은 2013 년 Snowmass의 마지막 노력과 로드맵을 작성한 입자 물리학 프로젝트 우선순위 결정 패널 (P5)의 후속 심의에서 고조되었습니다. 미국 연구자들은 중성미자 실험을 구축하는 데 동의했지만 국제 파트너를 초청하여 더 크고 더 좋게 만들었습니다. 그들은 또한 LHC에 계속 전적으로 참여하고 집에서 다양한 소규모 프로젝트를 진행하기로 결정했습니다. 다음 충돌체는 기다려야 합니다.가장 중요한 것은 DOE 관계자는 말다툼과 백스 태팅을 중단해야 한다고 경고했다. 사실, 물리학 자들은 2013 년 과정이 비공식적 모토를 가지고 있었다고 회상합니다. "다툼을 벌이는 과학자들은 아무것도 얻지 못합니다."
물리학 자들은 현재 계획의 중심을 만들기 시작했습니다. 일리노이에있는 Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab)의 Long-Baseline Neutrino Facility (LBNF)는 1300km의 암석을 통해 입자를 쏘아 40,000 톤의 차가운 액체로 채워진 감지기 인 South Dakota의 Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE)로 이동합니다. 아르곤. 2026 년에 출시될 LBNF / DUNE는 중성미자 진동과 중성미자와 반 중성미자의 차이에 대한 최종 연구를 목표로 합니다. 이는 우주가 반물질보다 더 많은 물질을 생성하는 방법을 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다.
듀크 대학의 중성미자 물리학자인 Kate Scholberg는 “중성미자 집단의 불안은 지난 시간보다 훨씬 낮았습니다. "DUNE 프로그램은 적어도 2030 년대까지 진행될 것입니다." 그러나 연구원들은 이미 26 억 달러 규모의 실험에 대한 업그레이드를 생각하고 있다고 그녀는 지적합니다.
임무 완수
2014 년 미국 입자 물리학 커뮤니티에서 우선순위를 정한 주요 프로젝트는 모두 승인되었거나 건설 중이거나 실행 중입니다.
| 계획 | 목적 | 상태 |
| 장기 기준 중성미자 시설 / 심층 지하 중성미자 실험 | 중성미자가 일리노이의 Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab)에서 사우스 다코타로 날아갈 때 유형이 어떻게 변하는 지 연구합니다. | 토목 공사 시작 |
| 고휘도 대형 강 입자 충돌기 | LHC에서 업그레이드에 대한 미국의 기여 | 계속되는 디자인 작업 |
| Vera C. Rubin Observatory 용 카메라 | 3 일마다 하늘의 반구 전체를 조사하십시오. | 완료 |
| 2/3 세대 암흑 물질 검출기 | 암흑 물질 입자에 대한 톤 규모의 감지기에 도달하십시오. | 실행 중 / 공사중 |
| 차세대 우주 마이크로파 배경 실험 | 빅뱅 잔광 연구를위한 망원경 네트워크 | 계속되는 디자인 작업 |
| 암흑 에너지 분광기 | 은하 분포를 연구하고 우주를 확장하는 암흑 에너지를 조사하는 망원경 | 달리는 |
| 짧은 기준선 중성미자 실험 | Fermilab의 실험에서 중성미자의 특성을 연구합니다. | 공사중 |
| 양성자 개선 계획 II | Fermilab 복합체의 전력을 증가시키는 새로운 선형 가속기 | 계속되는 디자인 작업 |
PARTICLE PHYSICS PROJECT PRIORITIZATION PANEL 보고서 (2014)
다른 분야에서는 미래가 불확실해 보입니다. 예를 들어, 지난번에 과학자들은 암흑 물질의 입자를 찾기 위해 매우 명확한 경로를 가졌습니다. 지금까지 밝혀지지 않은 물질은 은하에 스며들어 중력과 결합하는 것으로 보입니다. 연구자들은 암흑 물질 후보 인 약하게 상호 작용하는 거대 입자 (WIMP)의 신호를 검색하여 원자핵과 충돌하는 작은 지하 탐지기를 구축했습니다. 확실한 계획은 탐지기를 톤 규모로 확장하는 것이었습니다.
현재 두 개의 멀티 톤 WIMP 감지기가 건설 중입니다. 그러나 지금까지 WIMP는 나타나지 않았고, 그 기술을 더 확장하는 것은 "아마 더 이상 잘 작동하지 않을 것"이라고 Ann Arbor에 있는 University of Michigan의 물리학자인 Marcelle Soares-Santos는 말합니다. "그래서 우리는 상자에서 조금 더 생각할 필요가 있습니다." 연구원들은 이제 양자 역학적 효과를 활용하여 정교한 수준의 감도를 달성하는 새로운 검출기를 사용하여 다른 유형의 암흑 물질 입자를 찾는 것을 고려하고 있습니다.
이 분야에 대한 끊임없는 질문은 차세대 입자 충돌기가 무엇인지입니다. 브라운 대학의 물리학 자 Meenakshi Narain은 분명한 필요성은 전자를 양전자로 발사하여 풍부한 힉스 보손을 생성하고 그 특성을 자세히 연구하는 것입니다. 그러나 가능한 디자인은 다양합니다. 일본의 물리학 자들은 30km 길이의 선형 전자-양전자 충돌기 형태로 그러한 힉스 공장에 대해 논의하고 있습니다. 한편 CERN은 80 ~ 100km의 원형 충돌체에 대한 연구를 시작했습니다. 중국은 유사한 원형 충돌기를 계획하고 있습니다.
그러나 Fermilab의 가속기 물리학자인 Vladimir Shiltsev는 이것이 유일한 잠재적 옵션이 아니라고 말합니다. "실제 그림은 훨씬 더 어둡습니다." Snowmass 주최 측은 뮤온 (무겁고 불안정한 전자 사촌)을 부수는 것과 광자를 사용하는 다른 것을 포함하여 적어도 16 개의 충돌체 제안을 받았습니다. Snowmass 참가자는 모든 옵션을 고려해야 한다고 Shiltsev는 말합니다.
Fermilab의 연구 부국장 인 Joe Lykken은 물리학 자들이 입자와 관련이 없는 대규모 실험을 지원하기 위해 DOE를 추진할 수도 있다고 제안합니다. 서로 나선형. 2015 년에 LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory)가 발견한 것은 우주에 새로운 창을 열었습니다.
LIGO는 루이지애나와 워싱턴에서 4km 길이의 암을 가진 두 개의 L 자형 광학 기기로 구성됩니다. 그것은 국립 과학 재단에 의해 지어졌습니다. 차세대 지상 기반 탐지기는 크기가 10 배가 될 수 있으며 과학적 거대 프로젝트를 전문으로 하는 DOE에 더 적합할 것이라고 Lykken은 말합니다. “DOE가 관심을 갖고 필요할 수도 있는 것과 같은 것으로 들리기 시작했습니다.”라고 그는 말합니다.
내년에 Snowmass 참가자들은 연구원들이 이미 2 페이지로 된 요약으로 제시 한 2000 개 이상의 아이디어를 방송할 것입니다. 그런 다음 새로운 P5가 새로운 계획을 수립합니다. 과학자들이 어떤 아이디어를 내놓든, 새로운 계획을 실행하려면 최근 몇 년 동안 계획 과정을 다른 분야의 모범으로 삼 았던 조화를 유지해야 합니다.DOE의 고 에너지 물리학 부소장 인 Jim Siegrist는 “통합은 우리에게 새로운 표준입니다. “그래서 우리는 분열을 계속해서 막아야 하며 그것은 도전이 될 것입니다.”
By Adrian Cho
Source: www.sciencemag.org/news/2020/10/do-list-checked-us-physicists-ask-what-s-next
With to-do list checked off, U.S. physicists ask, ‘What’s next?’
Giant neutrino experiment is the only sure thing for the field
www.sciencemag.org
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