マイケル・リオーダン 米国が超電導スーパーコライダーの建設時にもっと保守的な戦略に従っていたら、素粒子物理学の歴史は変わっていたかもしれないと主張する
2年前の今月、米国議会は、設計と建設に約87億ドルが費やされた超電導スーパーコライダー（SSC）の終了を可決した。 当時、全長XNUMXkmのトンネルのXNUMX分のXNUMX近くがすでに完成していたが、議会反対派は、後にラザロのように死者の中から蘇ることができないように、SSCに「スパイク」を付けると主張した。 トンネルから地表までの垂直立坑（写真参照）は掘削残土で可能な限り満たされ、その後地下水で満たされるようになりました。
30 年が経過した現在、世界の高エネルギー物理学コミュニティは、最終的には 15 TeV をはるかに超えるエネルギーで陽子と陽子の衝突を実現できる、同等の衝突型加速器を構築したいと考えています。 このような衝突型加速器の詳細な設計は CERN と中国に存在します。 しかし、分断され脱グローバル化する世界では、前進するために必要な極めて重要な政治的意志と国際合意はますます稀になっている。
SSC の失敗と SSC の成功から XNUMX つの教訓を学んだとしたら、 大型ハドロン衝突型加速器（LHC）それは、陽子衝突エネルギーの数 TeV 規模では広範な国際協力が必須であるということです。 これらの巨大で費用のかかるプロジェクトは、まったく異なるアプローチを採用しました。 SSC事件では、米国の物理学者は、他国も追随し、テキサス州の新しい「グリーンフィールド」施設でスーパーコライダーを建設することを期待して、リーダーシップのバトンを握ろうとした。
その代わり、LHC プロジェクトは、ヨーロッパの物理学者が主導し、カナダ、インド、日本、ロシア、米国からの寄付を集めた世界的に有名な高エネルギー物理学研究所である CERN で構築された真の国際的な取り組みでした。 しかし、そのプロセスは冷戦後、多くの東側諸国が民主化してグローバル化する世界経済に参加しようとしていた時代に起こった。
カメとウサギ
CERN の保守的な XNUMX 段階のアプローチは、 大電子陽電子 (LEP) 衝突型加速器、そして後には LHC が重要であることが判明しました。 LEP の物理研究は 1989 年に始まりましたが、LHC の強力で洗練された超電導磁石の設計と製造というより困難な作業も並行して進められました。 その結果、CERNは、（当時）あまりにも未熟でリスクの高い技術としてSSCの検討から外されていた先進的な「ツー・イン・ワン」超電導マグネット設計を採用することができた。
今にして思えば、このような XNUMX 段階のアプローチは、巨大なトンネルの掘削とそれを埋めるための磁石の開発を同時に行うというこれまでの道のりよりも、SSC 建設業者にとってはるかに有益だったでしょう。 同じトンネル内の電子陽電子衝突型加速器については、多くの物理学研究が行われていたはずです。
実際、そのような衝突型加速器の実験では、 ヒッグス粒子を発見した 世紀に入る前に、当時の厄介な超電導磁石の問題が対処され解決されるまで、その挙動について何年にもわたる追跡調査が行われました。
しかし、1980 年代に SSC が設計されていたとき、それがわずか 125 GeV の質量で発生すると考えた理論家はほとんどいませんでした。 ほとんどの人は、それが 1 TeV までに現れる必要があると考えていました。 したがって、10〜20 TeVのエネルギーで陽子線を衝突させることが急務となっている。, 粒子、または素粒子の質量の原因となったあらゆる現象を確実に発見するために。
1990年代半ばにフェルミ研究所のテバトロンで質量175GeVのトップクォークが発見されて以来、理論家たちはそのような軽いヒッグス粒子が、ありそうもないとしても実際に存在する可能性があることを認識し始めた。 元CERN事務局長によると クリス・ルウェリン・スミス1994 年から 1998 年まで研究室を率いていた彼は、その質量が 100 GeV 近くにあり、LEP で発見されるかもしれないとさえ考えていました。
したがって、SSC トンネルが 1993 年以降にスパイクされたことは残念です。 今日、そこにヒッグス工場を建設することは比較的簡単で、必要なのはトンネルを完成させ、室温の磁石を設置し、少なくとも XNUMX 対の大型粒子検出器を構築することだけです。 それは、高エネルギー物理学のコミュニティに、そのような施設を達成するための実行可能で経済的な道を与えることになるだろう。この施設は、今日の他の XNUMX つの循環設計のように、地政学的および資金面での課題に直面することはない。.
そして、後知恵を加えれば、CERNで追求されていたように、TeVスケールに到達するためのより保守的で多段階のアプローチがあれば、おそらくフェルミ研究所でヒッグス粒子の発見に成功しただろう。 というのは、CERN が 2012 年 XNUMX 月にその発見を発表する準備をしていたとき、 フェルミ研究所はスリーシグマの結果で同意した わずか 2 TeV の陽子反陽子衝突型加速器からの何年も前のデータを使用して、B 中間子崩壊チャネルで研究を行いました。
莫大な高エネルギー損失
スタンフォード大学の物理学者が率いる著名な科学者パネルが集まったとき、 スタンリー・ウォシツキ 1983 年に米国の高エネルギー物理学の将来を評価していたとき、フェルミ研究所は 4 ～ 5 TeV の物理学の構築を提案しました。 専用コライダー 完全に研究室の境界内にあります。 振り返ってみると、特にさらに強力な超伝導磁石が最終的に設置されていれば、ヒッグス粒子を発見するには十分だったでしょう。
そのアプローチであれば、SSCで起こったように、米国の軍産複合体の技術者に制御を譲渡するのではなく、プロジェクト管理を熟練した加速器物理学者チームの手に委ねていただろう。
LHC と SSC の物語は、イソップ物語の典型的な例です。 ウサギとカメ。 このレースでもカメが優勝しました。 しかし、米国の素粒子物理学者たちが、この分野で米国のリーダーシップを再確立するための数十億ドル規模のテキサスプロジェクトを失敗させて欧州の同僚を「飛び越えよう」とするのではなく、TeVエネルギースケールに到達するためのより保守的で費用対効果の高いアプローチを追求していたら、高エネルギー物理学の歴史は大きく変わっていたかもしれない。
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- 情報源： https://physicsworld.com/a/could-a-different-approach-have-saved-the-superconducting-super-collider/
