प्रभावशाली अमेरिकी कण-भौतिकी पैनल ने म्यूऑन कोलाइडर विकास का आह्वान किया - फिजिक्स वर्ल्ड

<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="भविष्य के लिए एक एक म्यूऑन सुविधा संभावित रूप से प्रोटॉन कोलाइडर की तुलना में बहुत अधिक कॉम्पैक्ट हो सकती है और शायद निर्माण के लिए सस्ती हो सकती है। (सौजन्य: सर्न)”>

अमेरिका को म्यूऑन कोलाइडर के निर्माण का पता लगाना चाहिए और ऐसी सुविधा के लिए आवश्यक प्रौद्योगिकियों में "आक्रामक" अनुसंधान और विकास करना चाहिए। यह अमेरिका और अंतरराष्ट्रीय कण भौतिकविदों की एक हाई-प्रोफाइल समिति का निष्कर्ष है अमेरिकी उच्च-ऊर्जा भौतिकी अनुसंधान के भविष्य पर चर्चा के लिए एक वर्ष की बैठकों के बाद। हालाँकि, वैज्ञानिक स्वीकार करते हैं कि म्यूऑन कोलाइडर बनाने के लिए महत्वपूर्ण तकनीकी चुनौतियों से पार पाना होगा।

म्यूऑन सुविधा का संभावित विकास कण भौतिकी के लिए दीर्घकालिक, 20-वर्षीय दृष्टिकोण का हिस्सा है जिसे दिसंबर की शुरुआत में कण भौतिकी परियोजना प्राथमिकता पैनल, या पी5 (नीचे बॉक्स देखें) द्वारा जारी किया गया था। 2003 के बाद से P5 बड़े और मध्यम आकार की भौतिकी अनुसंधान परियोजनाओं का मूल्यांकन करने के लिए हर दशक में बैठक करता है। इसके बाद यह अमेरिकी ऊर्जा विभाग (डीओई) और नेशनल साइंस फाउंडेशन जैसी फंडिंग एजेंसियों को अपनी सिफारिशें भेजता है।

2012 में CERN में हिग्स बोसोन की खोज के बाद बड़े Hadron Collider, कण भौतिकविदों ने एक तथाकथित हिग्स फैक्ट्री बनाने की योजना बनाना शुरू कर दिया जो हिग्स बोसोन और अन्य कणों के गुणों की अधिक विस्तृत जांच की अनुमति देने के लिए पॉज़िट्रॉन के साथ इलेक्ट्रॉनों को टकराएगा। इनमें से कुछ डिज़ाइन एक 90 किमी लंबी सुरंग की मांग करें जो 2040 के दशक के मध्य में पहली बार इलेक्ट्रॉनों को पॉज़िट्रॉन से टकराएगी और बाद में इस सदी में नई भौतिकी की खोज के लिए 100 TeV प्रोटॉन-प्रोटॉन मशीन के रूप में पुन: उपयोग किया जाएगा।

फिर भी इन ऊर्जाओं की ओर बढ़ना - और संभवतः इससे भी अधिक - जटिल है। एक गोलाकार त्वरक में 1 TeV तक पहुंचने वाली ऊर्जा पर, इलेक्ट्रॉन सिंक्रोट्रॉन विकिरण के माध्यम से बहुत सारी ऊर्जा खो देते हैं। यह प्रोटॉन के लिए ऐसी कोई समस्या नहीं है, लेकिन 100 TeV से अधिक ऊर्जा तक पहुंचने के लिए 90 किमी से भी बड़ी रिंग की आवश्यकता होती है और संभवतः नई तकनीकों की भी आवश्यकता होगी। एक वैकल्पिक विकल्प म्यूऑन को टकराना है - इलेक्ट्रॉनों के चचेरे भाई जो 200 गुना भारी हैं। यह देखते हुए कि म्यूऑन इलेक्ट्रॉनों की तुलना में बहुत भारी होते हैं, म्यूऑन कोलाइडर में ऊर्जा हानि कम समस्या होगी।

डैनियल शुल्टे, अध्ययन नेता अंतर्राष्ट्रीय म्यूऑन कोलाइडर सहयोग, जो पी5 समिति में नहीं थे, का कहना है कि म्यूऑन कोलाइडर में सिंक्रोट्रॉन विकिरण "एक अरब से अधिक के कारक से कम हो जाता है"। "[म्यूऑन] दिलचस्प हैं क्योंकि वे सीधे [इलेक्ट्रॉन और पॉज़िट्रॉन] को प्रतिस्थापित कर सकते हैं और 10 TeV म्यूऑन कोलाइडर का होना भौतिकी पहुंच के मामले में लगभग 100 TeV प्रोटॉन कोलाइडर के बराबर है," शुल्टे कहते हैं, जिनके सहयोग में 60 से अधिक संस्थान शामिल हैं CERN सहित, जो एक उन्नत म्यूऑन सुविधा के लिए एक खाका तैयार कर रहे हैं। भविष्य की कोई भी म्यूऑन सुविधा संभावित रूप से अधिक कॉम्पैक्ट हो सकती है और शायद निर्माण के लिए सस्ती हो सकती है - उदाहरण के लिए, 100 TeV प्रोटॉन कोलाइडर के समान पहुंच वाला एक म्यूऑन कोलाइडर फ़र्मिलाब की मौजूदा साइट पर फिट होगा।

इसे "हमारे म्यूऑन शॉट" के रूप में संदर्भित करते हुए, पी5 समिति का कहना है कि एक म्यूऑन एक्सेलेरेटर कार्यक्रम एक प्रमुख अंतरराष्ट्रीय कोलाइडर सुविधा की मेजबानी करने की अमेरिका की महत्वाकांक्षा के साथ फिट होगा, जिससे उसे ब्रह्मांड की मौलिक प्रकृति को समझने के लिए वैश्विक प्रयासों का नेतृत्व करने की अनुमति मिलेगी। P5 पैनल अब अनुशंसा करता है कि अमेरिका आने वाले दशक के भीतर ऐसे उन्नत कोलाइडर के लिए प्रमुख परीक्षण और प्रदर्शनकर्ता सुविधाओं का निर्माण करे। रिपोर्ट यह भी सिफारिश करती है कि अमेरिका अंतर्राष्ट्रीय म्यूऑन कोलाइडर सहयोग में भाग ले और "संदर्भ डिजाइन को परिभाषित करने में अग्रणी भूमिका निभाए"।

कार्स्टन हीगरयेल विश्वविद्यालय के एक भौतिक विज्ञानी, जो पी5 के सह-अध्यक्ष हैं, ने बताया भौतिकी की दुनिया म्यूऑन कोलाइडर की सिफारिश नियोजित और विकासशील परियोजनाओं की वर्तमान फसल से परे, अमेरिका में कण भौतिकी के दीर्घकालिक भविष्य के बारे में सोचने की इच्छा से आई है। हीगर के अनुसार, इस शोध और विकास अनुशंसा ने अमेरिकी कण-भौतिकी समुदाय में, विशेषकर युवा वैज्ञानिकों के बीच "बहुत उत्साह" पैदा किया है। "उन्हें लगता है कि भविष्य की कोलाइडर सुविधा के बारे में सोचने के लिए अनुसंधान एवं विकास करने में सक्षम होना वास्तव में रोमांचक है, खासकर अगर हम इसे अमेरिका में आयोजित करने में सक्षम हो सकते हैं," उन्होंने आगे कहा।

आगे की चुनौतियां

हालाँकि, एक म्यूऑन कोलाइडर को बड़ी तकनीकी चुनौतियों का सामना करना पड़ता है और इसे बनाने का कोई भी निर्णय लेने में कई दशक लगेंगे। म्यूऑन के साथ एक समस्या यह है कि वे बमुश्किल 2.2 माइक्रोसेकंड में क्षय हो जाते हैं, जिसके दौरान उन्हें पकड़ने, ठंडा करने और तेज करने की आवश्यकता होती है। हीगर कहते हैं, "यह वास्तव में सभी तत्वों में तकनीकी सीमाओं को आगे बढ़ा रहा है।" “चुंबक विकास, त्वरण प्रौद्योगिकी, किरण फोकस; ये सभी चीजें अत्यंत महत्वपूर्ण होने वाली हैं, और जहां चीजें अभी हैं, उनमें सुधार करना होगा,'' उन्होंने आगे कहा।

शुल्टे इस बात से सहमत हैं कि यदि यह म्यूऑन के सीमित जीवनकाल के लिए नहीं होता, तो म्यूऑन कोलाइडर "सीधा आगे" होता। उनका कहना है कि सबसे बड़ी चुनौतियों में से एक आवश्यक चुंबक प्रौद्योगिकी विकसित करना होगा। उदाहरण के लिए, एक बार जब प्रोटॉन टकराव से म्यूऑन उत्पन्न हो जाते हैं, तो उन्हें ठंडा करने और धीमा करने के लिए उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट की आवश्यकता होगी। और म्यूऑन हानि को कम करने के लिए इस तकनीक को एक छोटी सी जगह में निचोड़ने की आवश्यकता होगी। उच्च गति वाले मैग्नेट जिन्हें बहुत तेजी से चक्रित किया जा सकता है, उन्हें म्यूऑन बीम को तेज करने की आवश्यकता होगी।

समस्या यह है कि इस तकनीक का अधिकांश भाग अभी तक अस्तित्व में नहीं है या अपनी प्रारंभिक अवस्था में है। इन चुनौतियों के बावजूद, हीगर को विश्वास है कि एक म्यूऑन कोलाइडर बनाया जा सकता है: "कण भौतिकविदों और त्वरक भौतिकविदों ने हाल के वर्षों और दशकों में अविश्वसनीय सरलता दिखाई है, और इसलिए मैं आशावादी हूं," वे कहते हैं। लेकिन अगर ऐसी सुविधा संभव नहीं है, तो भी इस दिशा में काम करने से कण भौतिकी में वर्तमान अमेरिकी ताकत का निर्माण होगा और प्रोटॉन और न्यूट्रिनो बीम सुविधाओं में सुधार होगा। इससे चिकित्सा आइसोटोप उत्पादन, सामग्री विज्ञान और परमाणु भौतिकी सहित समाज को व्यापक लाभ होने की संभावना है, इसलिए हीगर का मानना ​​है कि यह "अच्छी तरह से खर्च किया गया निवेश" होगा।

उदाहरण के लिए, उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट के विकास का कण भौतिकी से परे महत्वपूर्ण प्रभाव होगा। वे परमाणु संलयन रिएक्टरों के लिए उपयोगी हो सकते हैं और पवन टर्बाइनों के प्रदर्शन में सुधार कर सकते हैं। शुल्टे का यह भी मानना ​​है कि जब अगली पीढ़ी के वैज्ञानिकों को प्रशिक्षित करने की बात आएगी तो म्यूऑन कोलाइडर की दिशा में काम करने से पर्याप्त लाभ मिलेगा। "यह एक महान परियोजना है क्योंकि चीजें नई हैं, आविष्कारों के लिए जगह है, रचनात्मकता के लिए, भावना उस परियोजना से बहुत अलग है जो कुछ ऐसा फिर से कर रही है जो हमने अतीत में बड़े पैमाने पर किया था," वह आगे कहते हैं।

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• स्रोत: https://physicsworld.com/a/influential-us-particle-physics-panel-calls-for-muon-collider-development/