ABD'li parçacık fizikçilerinden oluşan "P5" paneli, gelecekteki bir müon çarpıştırıcısının geliştirilmesine yönelik çalışmanın, ABD'nin "enerji sınırını" yeniden kazanmasına olanak sağlayabileceğini söylüyor. Michael Allen ortaya
ABD, bir müon çarpıştırıcısı inşa etmeyi keşfetmeli ve böyle bir tesis için gerekli teknolojilere yönelik "agresif" araştırma ve geliştirme çalışmaları yürütmeli. Bu, ABD'li ve uluslararası parçacık fizikçilerinden oluşan yüksek profilli bir komitenin vardığı sonuçtur. ABD yüksek enerji fiziği araştırmalarının geleceğini tartışmak üzere bir yıl süren toplantıların ardından. Ancak bilim adamları, bir müon çarpıştırıcısı inşa etmek için önemli teknik zorlukların aşılması gerektiğini kabul ediyorlar.
Bir müon tesisinin potansiyel gelişimi, Parçacık Fiziği Projesi Önceliklendirme Paneli veya P20 (aşağıdaki kutuya bakınız) tarafından Aralık ayı başlarında açıklanan uzun vadeli, 5 yıllık parçacık fiziği vizyonunun bir parçasıdır. 2003 yılından bu yana P5, büyük ve orta ölçekli fizik araştırma projelerini değerlendirmek üzere her on yılda bir toplanmaktadır. Daha sonra önerilerini ABD Enerji Bakanlığı (DOE) ve Ulusal Bilim Vakfı gibi finansman kuruluşlarına iletir.
Higgs bozonunun 2012 yılında CERN'de keşfedilmesinin ardından Büyük Hadron ÇarpıştırıcısıParçacık fizikçileri, Higgs bozonunun ve diğer parçacıkların özelliklerinin daha ayrıntılı araştırılmasına olanak sağlamak için elektronları pozitronlarla çarpıştıracak Higgs fabrikası adı verilen bir fabrika inşa etmeyi planlamaya başladılar. Bu tasarımlardan bazıları İlk olarak 90'ların ortalarında elektronları pozitronlarla çarpıştıracak, daha sonra bu yüzyılın sonlarında yeni fizik araştırmaları yapmak üzere 2040 TeV proton-proton makinesi olarak yeniden kullanılacak 100 km uzunluğunda bir tünel gerekiyor.
Ancak bu enerjilere ve potansiyel olarak daha da yükseğe çıkmak karmaşıktır. Dairesel bir hızlandırıcıda 1 TeV'ye yaklaşan enerjilerde elektronlar sinkrotron radyasyonu yoluyla çok fazla enerji kaybeder. Protonlar için bu pek sorun değil ama 100 TeV'den daha yüksek enerjilere ulaşmak için 90 km'den daha büyük bir halka gerekiyor ve muhtemelen yeni teknolojilere de ihtiyaç duyulacak. Alternatif seçeneklerden biri de elektronların kuzenleri olan ve 200 kat daha ağır olan müonları çarpıştırmaktır. Müonların elektronlardan çok daha ağır olduğu göz önüne alındığında, müon çarpıştırıcısında enerji kaybı daha az sorun olacaktır.
Daniel Schulte, araştırma lideri Uluslararası Muon Çarpıştırıcısı İşbirliğiP5 komitesinde yer almayan P10, senkrotron radyasyonunun bir müon çarpıştırıcısında "bir milyardan fazla faktör tarafından azaltıldığını" söylüyor. İşbirliği 100'tan fazla enstitüden oluşan Schulte, "[Müonlar] ilginçtir çünkü doğrudan [elektronların ve pozitronların] yerini alabilirler ve 60 TeV'lik bir müon çarpıştırıcısına sahip olmak, fizik erişimi açısından kabaca 100 TeV'lik bir proton çarpıştırıcısına sahip olmakla eşdeğerdir" diyor. CERN de dahil olmak üzere gelişmiş bir müon tesisi için plan hazırlıyorlar. Gelecekteki herhangi bir müon tesisi, potansiyel olarak çok daha kompakt ve belki de inşa edilmesi daha ucuz olabilir; örneğin, XNUMX TeV proton çarpıştırıcısıyla aynı erişime sahip bir müon çarpıştırıcısı, Fermilab'ın mevcut sahasına sığabilir.
CERN fizikçileri gelecekteki çarpıştırıcı planlarını planlamak için Londra'da toplandı
Bunu "bizim müon atışımız" olarak adlandıran P5 komitesi, bir müon hızlandırıcı programının ABD'nin büyük bir uluslararası çarpıştırıcı tesisine ev sahipliği yapma isteğine uyacağını ve evrenin temel doğasını anlamaya yönelik küresel çabalara öncülük edebileceğini belirtiyor. P5 paneli artık ABD'nin önümüzdeki on yıl içinde böylesine gelişmiş bir çarpıştırıcı için büyük test ve gösterim tesisleri inşa etmesini tavsiye ediyor. Raporda ayrıca ABD'nin Uluslararası Muon Çarpıştırıcısı İşbirliği'ne katılması ve "referans tasarımının tanımlanmasında öncü rol üstlenmesi" tavsiye ediliyor.
Karsten HeegerYale Üniversitesi'nden P5'e eş başkanlık yapan fizikçi şunları söyledi: Fizik dünyası Müon çarpıştırıcısı önerisinin, ABD'deki parçacık fiziğinin mevcut planlanan ve gelişen projelerin ötesinde uzun vadeli geleceği hakkında düşünme arzusundan kaynaklandığı ortaya çıktı. Heeger'e göre, bu araştırma ve geliştirme tavsiyesi ABD parçacık fiziği camiasında, özellikle de genç bilim insanları arasında "büyük bir heyecan" yarattı. "Gelecekteki bir çarpıştırıcı tesisi hakkında düşünmek için Ar-Ge'ye devam edebilmenin gerçekten heyecan verici olduğunu düşünüyorlar, özellikle de onu ABD'de barındırabilirsek" diye ekliyor.
Önümüzdeki Zorluklar
Ancak bir müon çarpıştırıcısı büyük teknik zorluklarla karşı karşıyadır ve bir tane inşa etme kararının alınması onlarca yıl alacaktır. Müonlarla ilgili bir sorun, bunların yalnızca 2.2 mikrosaniyede bozunması ve bu süre zarfında yakalanmaları, soğutulmaları ve hızlandırılmaları gerekmesidir. Heeger, "Gerçekten tüm unsurlarda teknik sınırları zorluyor" diyor. “Mıknatıs gelişimi, hızlandırma teknolojisi, ışın odaklama; bunların hepsi kritik öneme sahip olacak ve şu anki duruma göre bunların iyileştirilmesi gerekiyor” diye ekliyor.
Schulte, eğer müonun sınırlı ömrü olmasaydı, bir müon çarpıştırıcısının "doğrudan" olacağını kabul ediyor. En büyük zorluklardan birinin gerekli mıknatıs teknolojisini geliştirmek olacağını söylüyor. Örneğin, müonlar proton çarpışmalarıyla üretildiğinde, onları soğutmak ve yavaşlatmak için yüksek sıcaklıkta süper iletken mıknatıslara ihtiyaç duyulacak. Ve müon kaybını azaltmak için bu teknolojinin küçük bir alana sıkıştırılması gerekecek. Müon ışınını hızlandırmak için çok hızlı döndürülebilen yüksek hızlı mıknatıslara ihtiyaç duyulacak.
Yüksek enerji fiziği: Uluslararası işbirliğinin günleri sona mı yaklaşıyor?
Sorun şu ki, bu teknolojinin çoğu henüz mevcut değil veya emekleme aşamasında. Bu zorluklara rağmen Heeger, bir müon çarpıştırıcısının inşa edilebileceğinden emin: "Parçacık fizikçileri ve hızlandırıcı fizikçileri son yıllarda ve onyıllarda inanılmaz bir yaratıcılık gösterdiler ve bu yüzden iyimserim" diyor. Ancak böyle bir tesis mümkün olmasa bile, bunun için çalışmak ABD'nin parçacık fiziğindeki mevcut güçlü yönlerini geliştirecek ve proton ve nötrino ışın tesislerindeki gelişmeleri besleyecektir. Aynı zamanda tıbbi izotop üretimi, malzeme bilimi ve nükleer fizik de dahil olmak üzere topluma geniş bir fayda sağlaması muhtemeldir, dolayısıyla Heeger bunun "iyi harcanmış bir yatırım" olacağına inanıyor.
Örneğin yüksek sıcaklıkta süper iletken mıknatısların geliştirilmesinin parçacık fiziğinin ötesinde önemli sonuçları olacaktır. Nükleer füzyon reaktörleri için faydalı olabilirler ve rüzgar türbinlerinin performansını artırabilirler. Schulte ayrıca bir müon çarpıştırıcısı üzerinde çalışmanın, gelecek nesil bilim adamlarının eğitimi söz konusu olduğunda önemli faydalar sağlayacağına inanıyor. "Bu harika bir proje çünkü her şey yeni, icatlara, yaratıcılığa yer var, geçmişte yaptığımız bir şeyi daha büyük bir şekilde yeniden yapan bir projeden ruhu çok farklı" diye ekliyor.
ABD parçacık fiziğinin gelecekteki seyrini planlamak
P5'in raporu – Parçacık Fiziğinde Yenilik ve Keşiflere Giden Yollar - araştırma önceliklerini ve gelecekteki deneyleri tartışmak üzere dünyanın dört bir yanından parçacık fizikçilerini ve kozmologları Temmuz 10'de 2022 gün boyunca Seattle'da bir araya getiren Snowmass konferansının çıktılarına dayanıyor. P5 raporu, evrenin neredeyse tüm temel bileşenlerini ve bunların etkileşimlerini inceleyen, hem kozmik geçmişi hem de geleceği kapsayan bir araştırma portföyü oluşturmayı amaçlıyor.
Mevcut projeler açısından, P5 komitesinin en büyük önceliği, CERN'in Büyük Hadron Çarpıştırıcısındaki Yüksek Parlaklık yükseltmesinin tamamlanmasının yanı sıra, projenin ilk aşamasıdır. Derin Yeraltı Nötrino Deneyi (DUNE), Dünya'da 1280 km yol alırken Fermilab'da üretilen yüksek enerjili nötrino ışınını inceleyecek. DUNE'un 2030 yılı civarında faaliyete geçmesi bekleniyor. Önerilen diğer öncelikler arasında Fermilab'ın Proton İyileştirme Planı II ve 2025'te ilk ışığın beklendiği ve güney gökyüzünde 10 yıllık bir araştırma yapacak olan Şili'deki Vera Rubin Gözlemevi yer alıyor.
Diğer öneriler şunları içerir: SPK-S4 deney – Büyük Patlama'dan hemen sonra evrendeki fiziksel süreçleri araştırmak için kozmik mikrodalga arka planını gözlemleyecek olan, Güney Kutbu'nda ve Şili'nin Atacama Çölü'nde bulunan bir dizi yer tabanlı teleskop. P5 ayrıca ABD'nin bir Higgs fabrikasında uluslararası ortaklarla işbirliği yapmasını da tavsiye ediyor; yeni nesil bir karanlık madde doğrudan tespit deneyi; ve Güney Kutbu'ndaki mevcut IceCube gözlemevine göre kozmik nötrinolara karşı hassasiyette 2 kat artış sağlayacak olan IceCube-Gen10 gözlemevi.
P5 eş başkanı Karsten Heeger, "Mevcut programı yürütmek, yeni projeler başlatmak ve geleceğe yönelik Ar-Ge açısından temelleri atmak arasında bir denge kurmaya çalıştık" diyor. Parçacık fiziği ve ABD'deki yeni nesil bilim insanları için Higgs fabrikası ve DUNE'un tamamlanması gibi projelerin ardından ne geleceğini düşünmenin önemli olduğunu ekliyor. "Şu anda tamamen devam eden projeleri yürütmeye odaklanırsak, o zaman kendimizi 10-15 yıl sonra ötesinde olacakların temelini atmamış olarak bulabiliriz" diyor.
- SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
- PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
- PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
- PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
- PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
- Kaynak: https://physicsworld.com/a/influential-us-particle-physics-panel-calls-for-muon-collider-development/
