پانل فیزیک ذرات با نفوذ ایالات متحده خواستار توسعه برخورد دهنده میون - Physics World است

<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="یکی برای آینده یک تاسیسات میون به طور بالقوه می تواند بسیار فشرده تر از برخورد دهنده پروتون باشد و شاید ساخت آن ارزان تر باشد. (با احترام: CERN)”>

ایالات متحده باید ساخت یک برخورددهنده میون را بررسی کند و تحقیق و توسعه "تهاجمی" را در زمینه فناوری های مورد نیاز برای چنین تاسیساتی دنبال کند. این نتیجه گیری کمیته ای بلندپایه از فیزیکدانان ذرات آمریکایی و بین المللی است پس از یک سال جلسات برای بحث در مورد آینده تحقیقات فیزیک انرژی بالا در ایالات متحده. با این حال، دانشمندان اذعان دارند که برای ساختن برخورددهنده میون باید بر چالش های فنی قابل توجهی غلبه کرد.

توسعه بالقوه تاسیسات میون بخشی از یک چشم انداز بلند مدت و 20 ساله برای فیزیک ذرات است که در اوایل دسامبر توسط پنل اولویت بندی پروژه فیزیک ذرات یا P5 منتشر شد (به کادر زیر مراجعه کنید). از سال 2003، P5 هر دهه برای ارزیابی پروژه های تحقیقاتی فیزیک با اندازه بزرگ و متوسط ​​برگزار می شود. سپس توصیه های خود را به آژانس های تامین مالی مانند وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) و بنیاد ملی علوم منتقل می کند.

پس از کشف بوزون هیگز در سال 2012 در CERN برخورد دهنده بزرگ هادرونیفیزیکدانان ذرات شروع به برنامه ریزی برای ساخت کارخانه ای به نام هیگز کردند که الکترون ها را با پوزیترون ها برخورد کند تا امکان بررسی دقیق تر خواص بوزون هیگز و سایر ذرات را فراهم کند. برخی از این طرح ها خواستار ایجاد تونلی به طول 90 کیلومتر است که ابتدا در اواسط دهه 2040 با الکترون‌ها با پوزیترون‌ها برخورد می‌کرد و در اواخر این قرن به عنوان یک ماشین پروتون-پروتون 100 TeV برای جستجوی فیزیک جدید تغییر کاربری داد.

با این حال، حرکت به سمت این انرژی ها - و به طور بالقوه حتی بالاتر - پیچیده است. در انرژی‌های نزدیک به ۱ TeV در یک شتاب‌دهنده دایره‌ای، الکترون‌ها انرژی زیادی را از طریق تابش سنکروترون از دست می‌دهند. این مشکل برای پروتون ها نیست، اما رسیدن به انرژی های بالاتر از 1 TeV به حلقه ای حتی بزرگتر از 100 کیلومتر نیاز دارد و احتمالاً به فناوری های جدیدی نیز نیاز دارد. یکی از گزینه‌های جایگزین، برخورد میون‌ها است - پسرعموهای الکترون‌هایی که 90 برابر سنگین‌تر هستند. با توجه به اینکه میون‌ها بسیار سنگین‌تر از الکترون‌ها هستند، اتلاف انرژی در برخورددهنده‌های میون مشکل کمتری خواهد داشت.

دانیل شولت، رهبر مطالعه همکاری بین المللی Muon Colliderاو که در کمیته P5 نبود، می‌گوید که تشعشعات سینکروترون در برخورددهنده میون "با ضریب بیش از یک میلیارد کاهش می‌یابد". شولت که بیش از 10 موسسه همکاری دارد، می‌گوید: «[میون‌ها] جالب هستند زیرا می‌توانند مستقیماً جایگزین [الکترون‌ها و پوزیترون‌ها] شوند و داشتن یک برخورددهنده میون 100 TeV تقریباً معادل داشتن یک برخورددهنده پروتونی 60 TeV از نظر گستردگی فیزیکی است». از جمله سرن، که در حال طراحی نقشه ای برای تاسیسات پیشرفته میون هستند. هر تاسیسات میون آینده به طور بالقوه می‌تواند بسیار فشرده‌تر و شاید ارزان‌تر برای ساخت باشد – برای مثال، برخورددهنده‌ی میونی با بردی برابر با برخورد دهنده‌ی پروتون 100 TeV در سایت موجود Fermilab قرار می‌گیرد.

کمیته P5 با اشاره به آن به عنوان «شات میون ما» بیان می‌کند که برنامه شتاب‌دهنده میون با جاه‌طلبی ایالات متحده برای میزبانی از یک مرکز برخورددهنده بین‌المللی بزرگ مطابقت دارد و به آن اجازه می‌دهد تلاش‌های جهانی برای درک ماهیت بنیادی جهان را رهبری کند. پانل P5 اکنون توصیه می کند که ایالات متحده در دهه آینده امکانات آزمایشی و نمایشی بزرگی را برای چنین برخورددهنده پیشرفته ای ایجاد کند. این گزارش همچنین توصیه می‌کند که ایالات متحده در همکاری بین‌المللی Muon Collider شرکت کند و "نقش پیشرو در تعریف طراحی مرجع" داشته باشد.

کارستن هیگریک فیزیکدان در دانشگاه ییل که ریاست P5 را بر عهده دارد، گفت دنیای فیزیک توصیه برخورددهنده میون ناشی از تمایل به فکر کردن در مورد آینده بلندمدت فیزیک ذرات در ایالات متحده، فراتر از محصول فعلی پروژه‌های برنامه‌ریزی‌شده و در حال توسعه است. به گفته هیگر، این توصیه تحقیق و توسعه "هیجان زیادی" در جامعه فیزیک ذرات ایالات متحده، به ویژه در میان دانشمندان جوان ایجاد کرده است. او می افزاید: «آنها احساس می کنند که توانایی پیگیری تحقیق و توسعه برای فکر کردن در مورد تأسیسات برخورددهنده آینده واقعاً هیجان انگیز است، به خصوص اگر بتوانیم آن را در ایالات متحده میزبانی کنیم».

چالش های پیش رو

با این حال، برخورددهنده میون با چالش‌های فنی بزرگی مواجه است و چندین دهه طول می‌کشد تا تصمیمی برای ساخت آن گرفته شود. یکی از مشکلات میون ها این است که آنها در 2.2 میکروثانیه تجزیه می شوند که در طی آن نیاز به گرفتن، سرد کردن و شتاب گرفتن دارند. هیگر می‌گوید: «این واقعاً مرزهای فنی را در همه عناصر پیش می‌برد. توسعه آهنربا، فناوری شتاب، تمرکز پرتو. همه این چیزها بسیار مهم خواهند بود، و باید نسبت به جایی که شرایط در حال حاضر هستند، بهبود یابند.»

شولت موافق است که اگر عمر محدود میون نبود، برخورد دهنده میون "مستقیم" بود. او می گوید که یکی از بزرگترین چالش ها توسعه فناوری آهنربا مورد نیاز خواهد بود. به عنوان مثال، هنگامی که میون ها در اثر برخورد پروتون تولید شدند، آهنرباهای ابررسانا با دمای بالا برای خنک کردن و کاهش سرعت آنها مورد نیاز خواهند بود. و این فناوری باید در فضای کوچکی فشرده شود تا از دست دادن میون کاهش یابد. آهنرباهای با سرعت بالا که می توانند بسیار سریع چرخه شوند، برای شتاب بخشیدن به پرتو میون مورد نیاز خواهند بود.

مشکل اینجاست که بسیاری از این فناوری هنوز وجود ندارد یا در مراحل ابتدایی است. علی‌رغم این چالش‌ها، هیگر مطمئن است که می‌توان یک برخورددهنده میون ساخت: «فیزیکدانان ذرات و فیزیکدانان شتاب‌دهنده در سال‌ها و دهه‌های اخیر نبوغ باورنکردنی از خود نشان داده‌اند، بنابراین من خوش‌بین هستم». اما حتی اگر چنین تأسیساتی امکان‌پذیر نباشد، کار برای رسیدن به آن می‌تواند بر قوت‌های کنونی ایالات متحده در فیزیک ذرات بنا شود و به بهبود تأسیسات پرتو پروتون و نوترینو کمک کند. همچنین احتمالاً مزایای گسترده‌ای برای جامعه از جمله تولید ایزوتوپ‌های پزشکی، علم مواد و فیزیک هسته‌ای خواهد داشت، بنابراین هیگر معتقد است که این یک «سرمایه‌گذاری خوب خرج خواهد شد».

برای مثال، توسعه آهنرباهای ابررسانا با دمای بالا، پیامدهای مهمی فراتر از فیزیک ذرات خواهد داشت. آنها می توانند برای راکتورهای همجوشی هسته ای مفید باشند و ممکن است عملکرد توربین های بادی را بهبود بخشند. شولت همچنین معتقد است که کار بر روی برخورد دهنده میون مزایای قابل توجهی در آموزش نسل بعدی دانشمندان خواهد داشت. او می افزاید: «این یک پروژه عالی است زیرا چیزها جدید هستند، فضایی برای اختراعات، خلاقیت وجود دارد، روحیه بسیار متفاوت از پروژه ای است که در حال انجام دوباره کاری است که ما در گذشته به شکلی بزرگتر انجام داده ایم.»

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/influential-us-particle-physics-panel-calls-for-muon-collider-development/