할 일 목록이 확인되면서 미국 물리학 자들은‘다음에?

미국 입자 물리학 자들이 미래를 고려할 때, 그들은 자신의 놀라운 성공의 희생자를 발견합니다. 7 년 전, 종종 열광적 인 공동체는 현재의 연구 로드맵을 망치고 주변을 돌 렸습니다. 그 통일성과 관대 한 예산 덕분 에이 분야의 주요 미국 주요 후원자 인 Energy (Department of Energy)는 이미 목록의 거의 모든 프로젝트를 시작했습니다.

다음 주에 미국 입자 물리학 자들이 1 년 동안의 눈길을 끄는 과정에서 향후 10 년 동안 새로운 아이디어를 강화하기 시작하면서, 그러한 계획 연습이 일어난 콜로라도 스키 리조트로 이름이 지정되어 있습니다. 그리고 일부 하위 필드에서는 다음 단계가 10 년 전보다 훨씬 덜 분명해 보입니다. 시카고 대학교의 Young-Kee Kim과 계획 운동을 후원하는 미국 물리 학회의 입자 및 분야의 의장은“우리는 입자 물리학과 기본 물리학이 무엇인지에 대해 훨씬 더 열린 마음을 가져야한다.

10 년 전, 미국 입자 물리학 커뮤니티는 혼란에 빠졌습니다. 고 에너지 프론티어는 제네바 근처의 유럽 입자 물리 실험실 인 Cern으로 넘어 갔으며 2012 년 세계 최대의 원자 스매쉬 인 LHC (Large Hadron Collider)는 Particle Physicists의 표준 모델에서 마지막 작품 인 Higgs Boson을 폭파했습니다. 일부 물리학 자들은 미국이 지구를 통해 중성미자라고 불리는 애매 모호한 입자에 대한 거대한 실험을 만들기 위해 세 가지 유형 중 하나에서 다른 유형 중 하나에서 지퍼를 지은 방법을 연구하기 위해 지구를 통해 장거리라고 불리는 어려운 입자를 구축하기를 원했습니다. 다른 사람들은 미국이 다음 큰 콜 라이더를 추진하도록 돕기를 원했습니다.

이러한 긴장은 2013 년 마지막 눈길을 끄는 동안 헤드에 이르렀으며 로드맵을 쓴 입자 물리 프로젝트 우선 순위 지정 패널 (P5)의 후속 심의가있었습니다. 미국 연구원들은 중성미자 실험을 구축하기로 동의했지만 국제 파트너를 초대함으로써 더 크고 더 좋게 만들었습니다. 그들은 또한 LHC에 계속 참여하고 집에서 다양한 소규모 프로젝트를 추구하기로 결정했습니다. 다음 콜라이더는 기다려야 할 것입니다. 가장 중요한 것은 DOE 관계자들이 경고했다. 실제로 물리학 자들은 2013 년 과정에서 비공식적 인 모토를 가지고있었습니다.

물리학 자들은 방금 현재 계획의 중심을 구축하기 시작했습니다. 일리노이 주 Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab)의 LBNF (Long-Baseline Neutrino Facility)는 사우스 다코타의 깊은 지하 중성미자 실험 (DUNE)에 1300 킬로미터의 암석을 통해 입자를 40,000 톤의 냉담한 액체 아르곤으로 채웠습니다. 2026 년에 나올 LBNF/Dune은 중성미자 진동에 대한 결정적인 연구와 중성미자와 안티 누트 리노 사이에 다른지 여부를 목표로 삼아 우주가 반물질보다 어떻게 더 중요한지 설명 할 수 있습니다.

Duke University의 중성미자 물리학자인 Kate Scholberg는“Neutrino Community의 분노는 지난 시간보다 훨씬 낮습니다. "모래 언덕 프로그램은 적어도 2030 년대까지 계속 될 것입니다." 그러나 연구원들은 이미 26 억 달러의 실험으로 업그레이드를 생각하고 있다고 그녀는 지적했다.

임무 수행

다른 영역에서는 미래가 덜 확실 해 보입니다. 예를 들어, 마지막으로 과학자들은 암흑 물질의 입자를 찾는 데 매우 명확한 길을 가졌습니다. 연구원들은 원자 핵에 부딪히는 대형 암흑 물질 후보 인 약하게 상호 작용하는 거대한 입자 (WIMP)의 신호를 찾는 소규모 지하 탐지기를 구축했습니다. 명백한 계획은 탐지기를 톤 규모로 확장하는 것이 었습니다.

이제 두 개의 멀티 톤 wimp 검출기가 건설 중입니다. 그러나 지금까지 Wimps는 나타나지 않았으며, 그 기술을 더욱 확장하는 것은 "더 이상 잘 작동하지 않을 것"이라고 Michigan University, Ann Arbor의 물리학자인 Marcelle Soares-Santos는 말합니다. "그래서 우리는 상자 밖으로 조금 더 생각해야합니다." 연구원들은 이제 정분 수준의 민감도를 달성하기 위해 양자 기계 효과를 이용하는 새로운 탐지기를 사용하여 다른 유형의 암흑 물질 입자에 대한 사냥을 고려하고 있습니다.

이 분야에 대한 다년간의 질문은 다음 위대한 입자 콜라이더가 될 것입니다. 브라운 대학교의 물리학자인 메나 크시 나레인 (Meenakshi Narain)은 전자가 포트 론으로 발사되어 포트 론으로 전자를 발사하여 풍부한 iggs bosons를 크랭크하고 그들의 특성을 자세히 연구해야한다고 말했다. 그러나 가능한 디자인은 다양합니다. 일본의 물리학 자들은 30km 길이의 선형 전자-포스 트론 콜라이더 형태로 이러한 Higgs 공장에 대해 논의하고 있습니다. 한편, CERN은 80 ~ 100km의 원형 콜라더에 대한 연구를 시작했습니다. 중국은 비슷한 원형 콜라이더를 계획하고있다.

그러나 Fermilab의 가속기 물리학자인 Vladimir Shiltsev는 이것이 유일한 잠재적 옵션은 아니라고 말합니다. "실제 그림은 훨씬 더 어둡습니다." 스노우 매스 주최측은 뮤온을 부수고 불안정한 전자의 사촌들과 광자를 사용할 수있는 뮤온을 함께 부수는 것을 포함하여 콜라이드를위한 최소 16 가지의 제안을 받았습니다. Snowmass 참가자는 모든 옵션을 고려해야한다고 Shiltsev는 말합니다

Fermilab의 연구 담당 부국장 인 Joe Lykken은 물리학자가 DOE가 입자와 아무 관련이없는 대규모 실험을 지원하기 위해 강요 할 수도 있다고 제안합니다. 중력파의 차세대 탐지기, 공백의 잔물결이 서로 나선형과 같은 거대한 물체가 시작될 때 시작되었습니다. 2015 년 Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (Ligo)에 의한 그들의 발견은 우주에 새로운 창을 열었습니다.

Ligo는 루이지애나와 워싱턴에서 4km 길이의 팔이있는 2 개의 L 자형 광학 기기로 구성됩니다. 국립 과학 재단 (National Science Foundation)에 의해 지어졌습니다. Lykken은 차세대 지상 탐지기는 10 배나 클 수 있으며 과학적 거대 반체를 전문으로하는 DOE에 더 잘 맞을 수 있다고 Lykken은 말합니다. "그것은 Doe가 관심을 가질 수 있고 필요할 것 같은 것처럼 들리기 시작한다"고 그는 말했다.

내년에는 스노우 매스 참가자들이 연구자들이 이미 2 페이지 요약으로 제공 한 2000 개 이상의 아이디어를 방송 할 것입니다. 그런 다음 새로운 P5가 새로운 계획을 수립합니다. 과학자들이 생각 해낸 아이디어가 무엇이든, 새로운 계획을 실행하기 위해 최근 몇 년 동안 계획 과정을 다른 분야의 모범으로 만들었던 조화를 유지해야합니다. "통일되는 것은 우리에게 새로운 규범입니다. "그래서 우리는 분열에 대한 뚜껑을 계속 유지해야하며, 그것은 도전이 될 것입니다."

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