Mõjukas USA osakeste füüsika paneel kutsub üles arendama müüonpõrgutit – Physics World

<a href="https://platoaistream.com/wp-content/uploads/2024/01/influential-us-particle-physics-panel-calls-for-muon-collider-development-physics-world-3.jpg" data-fancybox data-src="https://platoaistream.com/wp-content/uploads/2024/01/influential-us-particle-physics-panel-calls-for-muon-collider-development-physics-world-3.jpg" data-caption="Üks tulevikuks Müonirajatis võib potentsiaalselt olla palju kompaktsem kui prootonite põrkur ja võib-olla odavam ehitada. (Viisakalt: CERN)”>

USA peaks uurima müüonipõrgeti ehitamist ja jätkama sellise rajatise jaoks vajalike tehnoloogiate agressiivset uurimis- ja arendustegevust. See on USA ja rahvusvaheliste osakeste füüsikutest koosneva kõrgetasemelise komitee järeldus pärast aasta pikkust kohtumist, et arutada USA kõrgenergiafüüsika uuringute tulevikku. Teadlased tunnistavad siiski, et müüonpõrgeti ehitamiseks tuleb ületada olulisi tehnilisi väljakutseid.

Müoonirajatise potentsiaalne arendamine on osa osakeste füüsika pikaajalisest 20-aastasest visioonist, mille detsembri alguses avaldas osakeste füüsika projekti prioriteetide paneel ehk P5 (vt allpool olevat kasti). Alates 2003. aastast on P5 kohtunud iga kümnendi tagant, et hinnata suuri ja keskmise suurusega füüsika uurimisprojekte. Seejärel edastab ta oma soovitused sellistele rahastamisasutustele nagu USA energeetikaministeerium (DOE) ja riiklik teadusfond.

Pärast Higgsi bosoni avastamist 2012. aastal CERNis Large Hadron Collider, hakkasid osakestefüüsikud kavandama niinimetatud Higgsi tehase ehitamist, mis põrkaks elektronid positronitega, et võimaldada Higgsi bosoni ja teiste osakeste omaduste üksikasjalikumat uurimist. Mõned neist kujundustest nõuda 90 km pikkust tunnelit, mis põrkaks 2040. aastate keskel esmakordselt elektronid positronitega, enne kui seda kasutati hiljem sel sajandil 100 TeV prootoni-prootoni masinaks, et otsida uut füüsikat.

Ometi on nende energiate – ja potentsiaalselt veelgi kõrgema – juurde liikumine keeruline. Ringkiirendis 1 TeV-le läheneva energia korral kaotavad elektronid sünkrotronkiirguse kaudu palju energiat. Prootonite jaoks pole see nii probleem, kuid kõrgemate kui 100 TeV energiate saavutamiseks on vaja isegi suuremat rõngast kui 90 km ja ilmselt oleks vaja ka uusi tehnoloogiaid. Üks alternatiivne võimalus on põrgata kokku müüonid – elektronide nõod, mis on 200 korda raskemad. Arvestades, et müüonid on palju raskemad kui elektronid, oleks energiakadu müüonide põrkuris vähem probleem.

Daniel Schulte, uuringu juht Rahvusvaheline Muon Collider Collaboration, kes ei kuulunud P5 komiteesse, ütleb, et sünkrotronkiirgust "vähendatakse rohkem kui miljardi teguri võrra" müüonpõrgutis. "[Muonid] on huvitavad, kuna need võivad [elektrone ja positroneid] otse asendada ning 10 TeV müonpõrguja omamine on füüsikalise ulatuse poolest ligikaudu samaväärne 100 TeV prootonipõrgetiga," ütleb Schulte, kelle koostöö hõlmab enam kui 60 instituuti. , sealhulgas CERN, kes koostavad täiustatud müonirajatise kavandit. Mis tahes tulevane müonirajatis võiks potentsiaalselt olla palju kompaktsem ja võib-olla ka odavam ehitada – näiteks Fermilabi olemasolevale alale sobiks müüonpõrgetaja, mille ulatus on sama kui 100 TeV prootonpõrgetil.

Viidates sellele kui "meie müonilasule", märgib P5 komitee, et müüonikiirendi programm sobiks USA ambitsiooniga korraldada suur rahvusvaheline põrkerajatis, võimaldades sellel juhtida ülemaailmseid jõupingutusi universumi põhiolemuse mõistmiseks. P5 paneel soovitab nüüd, et USA ehitaks järgmise kümnendi jooksul sellise täiustatud põrkeseadme jaoks suured katse- ja demonstratsioonirajatised. Aruandes soovitatakse ka USA-l osaleda rahvusvahelises Muon Collider Collaborationis ja "võtta juhtroll võrdlusdisaini määratlemisel".

Karsten Heeger, Yale'i ülikooli füüsik, kes on P5 kaasesimees Füüsika maailm et müonipõrgeti soovitus tulenes soovist mõelda USA osakeste füüsika pikaajalisele tulevikule lisaks praegustele kavandatavatele ja arendatavatele projektidele. Heegeri sõnul on see teadus- ja arendustegevuse soovitus tekitanud USA osakeste füüsika kogukonnas "palju elevust", eriti nooremate teadlaste seas. "Nad arvavad, et teadus- ja arendustegevusega tegelemine, et mõelda tulevase põrkerajatisele, on tõesti põnev, eriti kui meil oleks võimalik seda USA-s võõrustada," lisab ta.

Ees ootavad väljakutsed

Müoonipõrgetisel seisab aga silmitsi suurte tehniliste väljakutsetega ja kuluks aastakümneid, enne kui selle ehitamise otsus tehakse. Üks müoonide probleem on see, et nad lagunevad vaevalt 2.2 mikrosekundiga, mille jooksul neid tuleks püüda, jahutada ja kiirendada. "See nihutab tõesti kõigis elementides tehnilisi piire," ütleb Heeger. "Magneti arendus, kiirendustehnoloogia, kiire teravustamine; kõik need asjad saavad olema kriitilise tähtsusega ja neid tuleb parandada võrreldes sellega, kus asjad praegu on,” lisab ta.

Schulte nõustub, et kui poleks olnud müüoni piiratud eluiga, oleks müüoni põrkur "otse edasi". Ta ütleb, et üks suurimaid väljakutseid saab olema vajaliku magnettehnoloogia väljatöötamine. Näiteks kui müüonid on prootonite kokkupõrgete tagajärjel tekkinud, on nende jahutamiseks ja aeglustamiseks vaja kõrge temperatuuriga ülijuhtivaid magneteid. Ja see tehnoloogia tuleb suruda väikesesse ruumi, et vähendada müüoni kadu. Siis on müonikiire kiirendamiseks vaja kiireid magneteid, mida saab väga kiiresti tsüklistada.

Probleem on selles, et suurt osa sellest tehnoloogiast pole veel olemas või see on alles lapsekingades. Vaatamata nendele väljakutsetele on Heeger kindel, et müüonpõrgeti saab ehitada: "Osakeste füüsikud ja kiirendifüüsikud on viimastel aastatel ja aastakümnetel näidanud üles uskumatut leidlikkust ja seetõttu olen ma optimistlik, " ütleb ta. Kuid isegi kui selline rajatis ei ole teostatav, tugineks selle nimel töötamine USA praegustele tugevustele osakeste füüsikas ja aitaks kaasa prootoni- ja neutriinokiirte seadmete täiustamisele. Tõenäoliselt tooks see ühiskonnale palju kasu, sealhulgas meditsiiniliste isotoopide tootmine, materjaliteadus ja tuumafüüsika, nii et Heeger usub, et see oleks "hästi kulutatud investeering".

Näiteks kõrge temperatuuriga ülijuhtivate magnetite väljatöötamisel oleks osakeste füüsikast kaugemale ulatuv mõju. Need võivad olla kasulikud termotuumasünteesi reaktorite jaoks ja võivad parandada tuuleturbiinide jõudlust. Schulte usub ka, et muuonpõrguja suunas töötamine pakub märkimisväärset kasu järgmise põlvkonna teadlaste koolitamisel. "See on suurepärane projekt, sest asjad on uued, ruumi leiutistele, loovusele, vaim on väga erinev projektist, mis teeb midagi, mida me varem tegime, suuremas plaanis," lisab ta.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/influential-us-particle-physics-panel-calls-for-muon-collider-development/