미국 입자물리학자들로 구성된 “P5” 패널은 미래의 뮤온 충돌기 개발 작업을 통해 미국이 “에너지 개척지”를 회복할 수 있을 것이라고 말합니다. 마이클 앨런 계시하다
미국은 뮤온 충돌기 건설을 모색하고 그러한 시설에 필요한 기술에 대한 "공격적인" 연구 개발을 추구해야 합니다. 미국과 국제 입자 물리학자들로 구성된 유명 위원회의 결론은 다음과 같습니다. 미국 고에너지 물리학 연구의 미래를 논의하기 위한 1년간의 회의 이후. 그러나 과학자들은 뮤온 충돌기를 만들기 위해서는 상당한 기술적 과제를 극복해야 한다는 점을 인정합니다.
뮤온 시설의 잠재적인 개발은 입자물리학 프로젝트 우선순위 패널(P20)이 5월 초에 발표한 입자물리학의 2003년 장기 비전의 일부입니다(아래 상자 참조). 5년부터 PXNUMX는 XNUMX년마다 모여 중대형 물리학 연구 프로젝트를 평가했습니다. 그런 다음 미국 에너지부(DOE) 및 국립 과학 재단과 같은 자금 지원 기관에 권장 사항을 전달합니다.
2012년 CERN에서 힉스 보존이 발견된 후 대형 Hadron Collider, 입자물리학자들은 힉스 보손과 기타 입자의 특성을 더 자세히 조사할 수 있도록 전자와 양전자를 충돌시키는 소위 힉스 공장을 건설할 계획을 시작했습니다. 이러한 디자인 중 일부 90년대 중반에 처음으로 전자와 양전자를 충돌시킨 후 금세기 후반에 새로운 물리학을 찾기 위한 2040 TeV 양성자-양성자 기계로 용도가 변경될 100km 길이의 터널이 필요합니다.
그러나 이러한 에너지, 그리고 잠재적으로 더 높은 에너지로 이동하는 것은 복잡합니다. 원형 가속기에서 1TeV에 접근하는 에너지에서 전자는 싱크로트론 방사선을 통해 많은 에너지를 잃습니다. 양성자에게는 문제가 되지 않지만 100 TeV보다 높은 에너지에 도달하려면 90km보다 훨씬 더 큰 고리가 필요하며 아마도 새로운 기술도 필요할 것입니다. 한 가지 대안은 200배 더 무거운 전자의 사촌인 뮤온을 충돌시키는 것입니다. 뮤온이 전자보다 훨씬 무겁다는 점을 고려하면 뮤온 충돌기에서는 에너지 손실이 문제가 되지 않습니다.
다니엘 슐트(Daniel Schulte) 연구 리더 국제 뮤온 충돌기 협력P5 위원회에 참여하지 않은 는 뮤온 충돌기에서 싱크로트론 방사선이 "10억 배 이상 감소"한다고 말합니다. "[뮤온]은 [전자와 양전자]를 직접 대체할 수 있고 100 TeV 뮤온 충돌기를 갖는 것은 물리학적 도달 범위 측면에서 60 TeV 양성자 충돌기를 갖는 것과 거의 동일하기 때문에 흥미롭습니다."라고 Schulte는 말합니다. 그의 협력은 100개 이상의 연구소로 구성되어 있습니다. , CERN을 포함하여 첨단 뮤온 시설의 청사진을 작성하고 있습니다. 미래의 뮤온 시설은 잠재적으로 훨씬 더 컴팩트하고 아마도 건설 비용이 더 저렴할 수 있습니다. 예를 들어 XNUMX TeV 양성자 충돌기와 동일한 도달 거리를 가진 뮤온 충돌기는 Fermilab의 기존 사이트에 적합할 것입니다.
CERN 물리학자들이 런던에서 만나 미래의 충돌기 계획을 계획합니다.
P5 위원회는 이를 “우리의 뮤온탄”이라고 부르며 뮤온 가속기 프로그램이 주요 국제 충돌기 시설을 유치하려는 미국의 야망에 부합하여 우주의 근본적인 본질을 이해하려는 글로벌 노력을 주도할 수 있다고 밝혔습니다. P5 패널은 이제 미국이 향후 XNUMX년 내에 이러한 고급 충돌기를 위한 주요 테스트 및 시연 시설을 구축할 것을 권장합니다. 보고서는 또한 미국이 국제 뮤온 충돌기 협력(International Muon Collider Collaboration)에 참여하고 "참조 설계 정의에 주도적인 역할을 맡을 것"을 권장합니다.
카스텐 히거P5 공동 의장을 맡고 있는 예일대학교 물리학자는 이렇게 말했습니다. 물리 세계 뮤온 충돌기 추천은 현재 계획되고 개발 중인 프로젝트를 넘어 미국 입자 물리학의 장기적인 미래에 대해 생각하려는 열망에서 나온 것입니다. Heeger에 따르면, 이 연구 및 개발 권장 사항은 미국 입자 물리학 커뮤니티, 특히 젊은 과학자들 사이에서 "많은 흥분"을 불러일으켰습니다. "그들은 미래의 충돌기 시설에 대해 생각하기 위해 R&D를 추구할 수 있다는 것이 정말 흥미롭다고 생각합니다. 특히 우리가 미국에서 이를 호스팅할 수 있다면 더욱 그렇습니다."라고 그는 덧붙였습니다.
앞으로의 과제
그러나 뮤온 충돌기는 주요 기술적 과제에 직면해 있으며 이를 만들기로 한 결정을 내리기까지는 수십 년이 걸릴 것입니다. 뮤온의 한 가지 문제점은 포획, 냉각 및 가속이 필요한 동안 겨우 2.2 마이크로초 만에 붕괴된다는 것입니다. Heeger는 “모든 요소에서 기술의 한계를 실제로 뛰어넘고 있습니다.”라고 말합니다. “자석 개발, 가속 기술, 빔 포커싱; 이 모든 것들은 매우 중요할 것이며 현재 상황보다 개선되어야 합니다.”라고 그는 덧붙였습니다.
Schulte는 뮤온의 제한된 수명이 아니었다면 뮤온 충돌기는 "간단"할 것이라는 점에 동의합니다. 그는 가장 큰 과제 중 하나가 필요한 자석 기술을 개발하는 것이라고 말했습니다. 예를 들어, 양성자 충돌로 인해 뮤온이 생성되면 이를 냉각하고 속도를 늦추려면 고온 초전도 자석이 필요합니다. 그리고 뮤온 손실을 줄이려면 이 기술을 작은 공간에 집어넣어야 합니다. 뮤온 빔을 가속하려면 매우 빠르게 회전할 수 있는 고속 자석이 필요합니다.
고에너지 물리학: 국제 협력의 시대가 끝나가고 있습니까?
문제는 이 기술의 대부분이 아직 존재하지 않거나 초기 단계에 있다는 것입니다. 이러한 어려움에도 불구하고 Heeger는 뮤온 충돌기를 만들 수 있다고 확신합니다. "입자 물리학자와 가속기 물리학자들은 최근 몇 년, 수십 년 동안 놀라운 독창성을 보여 주었기 때문에 저는 낙관적입니다."라고 그는 말합니다. 그러나 그러한 시설이 실현 가능하지 않더라도 이를 위한 노력은 입자 물리학 분야에서 현재 미국의 강점을 기반으로 하고 양성자 및 중성미자 빔 시설의 개선에 도움이 될 것입니다. 이는 또한 의료 동위원소 생산, 재료 과학, 핵물리학을 포함하여 사회에 광범위한 이익을 가져올 가능성이 높기 때문에 Heeger는 이것이 "잘 투자된 투자"가 될 것이라고 믿습니다.
예를 들어, 고온 초전도 자석의 개발은 입자 물리학을 넘어 중요한 의미를 갖습니다. 이는 핵융합로에 유용할 수 있으며 풍력 터빈의 성능을 향상시킬 수도 있습니다. Schulte는 또한 뮤온 충돌기를 개발하는 것이 차세대 과학자를 교육하는 데 상당한 이점을 제공할 것이라고 믿습니다. "이것은 모든 것이 새롭고, 발명과 창의성을 위한 여지가 있고, 과거에 했던 일을 더 큰 방식으로 다시 수행하는 프로젝트와는 그 정신이 매우 다르기 때문에 훌륭한 프로젝트입니다."라고 그는 덧붙입니다.
미국 입자물리학의 미래 방향을 계획하다
P5의 보고서 – 입자물리학의 혁신과 발견을 향한 길 – 연구 우선 순위와 향후 실험을 논의하기 위해 10년 2022월 5일 동안 시애틀에 전 세계 입자 물리학자와 우주론자가 모인 Snowmass 컨퍼런스의 결과를 토대로 작성되었습니다. PXNUMX 보고서는 우주의 과거와 미래를 모두 포괄하면서 우주의 거의 모든 기본 구성 요소와 그 상호 작용을 연구하는 연구 포트폴리오를 만드는 것을 목표로 합니다.
기존 프로젝트 측면에서 P5 위원회의 최우선 과제는 CERN의 대형 강입자 충돌기의 고광도 업그레이드와 XNUMX단계의 완료입니다. 깊은 지하 중성미자 실험 (DUNE)은 사우스 다코타주 리드에 있으며, 페르미 연구소에서 생성된 고에너지 중성미자 빔이 지구를 통해 1280km를 이동하는 과정을 연구할 예정입니다. DUNE은 2030년경에 운영을 시작할 예정입니다. 다른 권장 우선순위로는 Fermilab의 Proton Improvement Plan II와 칠레의 Vera Rubin 천문대가 있습니다. 이 천문대는 2025년에 첫 번째 빛이 나올 것으로 예상하고 남쪽 하늘에 대한 10년간 조사를 수행할 것입니다.
기타 권장 사항에는 다음이 포함됩니다. CMB-S4 실험 – 빅뱅 직후 우주의 물리적 과정을 조사하기 위해 우주 마이크로파 배경을 관찰하는 남극과 칠레 아타카마 사막에 위치한 일련의 지상 망원경. P5는 또한 미국이 Higgs 공장에서 국제 파트너와 협력할 것을 권장합니다. 차세대 암흑물질 직접탐지 실험; 그리고 IceCube-Gen2 관측소는 현재 남극에 있는 IceCube 관측소에 비해 우주 중성미자에 대한 민감도가 10배 향상될 것입니다.
P5 공동회장인 Karsten Heeger는 "우리는 현재 프로그램 실행, 새로운 프로젝트 시작, 미래를 위한 R&D 기반 구축 사이에서 균형을 맞추려고 노력했습니다."라고 말했습니다. 그는 힉스 공장과 같은 프로젝트와 입자 물리학을 위한 DUNE 완성 및 미국의 차세대 과학자를 위한 프로젝트 이후에 무엇이 나올지 고려하는 것이 중요하다고 덧붙였습니다. "지금 진행 중인 프로젝트 실행에만 전적으로 집중한다면 10~15년 후에는 그 이상의 것을 위한 토대를 마련하지 못할 수도 있습니다."라고 그는 말합니다.
- SEO 기반 콘텐츠 및 PR 배포. 오늘 증폭하십시오.
- PlatoData.Network 수직 생성 Ai. 자신에게 권한을 부여하십시오. 여기에서 액세스하십시오.
- PlatoAiStream. 웹3 인텔리전스. 지식 증폭. 여기에서 액세스하십시오.
- 플라톤ESG. 탄소, 클린테크, 에너지, 환경, 태양광, 폐기물 관리. 여기에서 액세스하십시오.
- PlatoHealth. 생명 공학 및 임상 시험 인텔리전스. 여기에서 액세스하십시오.
- 출처: https://physicsworld.com/a/influential-us-particle-physics-panel-calls-for-muon-collider-development/
