Panel fisika partikel berpengaruh di AS menyerukan pengembangan muon collider – Dunia Fisika

<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="Satu untuk masa depan Fasilitas muon berpotensi jauh lebih kompak daripada penumbuk proton dan mungkin lebih murah untuk dibangun. (Sumber: CERN)”>

AS harus menjajaki pembuatan muon collider dan melakukan penelitian dan pengembangan “agresif” terhadap teknologi yang diperlukan untuk fasilitas semacam itu. Hal ini merupakan kesimpulan dari komite tingkat tinggi yang terdiri dari fisikawan partikel Amerika dan internasional setelah satu tahun pertemuan untuk membahas masa depan penelitian fisika energi tinggi AS. Namun, para ilmuwan mengakui bahwa tantangan teknis yang signifikan harus diatasi untuk membangun penumbuk muon.

Potensi pengembangan fasilitas muon adalah bagian dari visi jangka panjang 20 tahun untuk fisika partikel yang dirilis pada awal Desember oleh Panel Prioritas Proyek Fisika Partikel, atau P5 (lihat kotak di bawah). Sejak tahun 2003 P5 telah bertemu setiap dekade untuk mengevaluasi proyek penelitian fisika skala besar dan menengah. Mereka kemudian menyampaikan rekomendasinya kepada lembaga pendanaan seperti Departemen Energi AS (DOE) dan National Science Foundation.

Menyusul penemuan Higgs boson pada tahun 2012 di CERN's Large Hadron Collider, fisikawan partikel mulai berencana membangun apa yang disebut pabrik Higgs yang akan membenturkan elektron dengan positron untuk memungkinkan penyelidikan lebih rinci tentang sifat-sifat boson Higgs dan partikel lainnya. Beberapa dari desain ini menyerukan pembangunan terowongan sepanjang 90 km yang pertama kali akan bertabrakan dengan elektron dengan positron pada pertengahan tahun 2040-an sebelum digunakan kembali pada akhir abad ini sebagai mesin proton-proton 100 TeV untuk mencari ilmu fisika baru.

Namun beralih ke energi ini – dan mungkin bahkan lebih tinggi lagi – adalah hal yang rumit. Pada energi mendekati 1 TeV dalam akselerator melingkar, elektron kehilangan banyak energi melalui radiasi sinkrotron. Hal ini tidak menjadi masalah bagi proton, namun untuk mencapai energi yang lebih tinggi dari 100 TeV memerlukan cincin yang lebih besar dari 90 km dan mungkin memerlukan teknologi baru juga. Salah satu pilihan alternatif adalah dengan bertabrakan dengan muon – sepupu elektron yang 200 kali lebih berat. Mengingat muon jauh lebih berat daripada elektron, kehilangan energi tidak akan menjadi masalah dalam muon collider.

Daniel Schulte, pemimpin studi Kolaborasi Muon Collider Internasional, yang bukan anggota komite P5, mengatakan bahwa radiasi sinkrotron “dikurangi lebih dari satu miliar kali lipat” dalam muon collider. “[Muon] menarik karena mereka dapat menggantikan [elektron dan positron] secara langsung dan memiliki penumbuk muon 10 TeV kira-kira setara dengan memiliki penumbuk proton 100 TeV dalam hal jangkauan fisika,” kata Schulte yang kolaborasinya terdiri dari lebih dari 60 institut. , termasuk CERN, yang sedang menyusun cetak biru untuk fasilitas muon tingkat lanjut. Fasilitas muon di masa depan berpotensi menjadi jauh lebih kompak dan mungkin lebih murah untuk dibangun – misalnya, penumbuk muon dengan jangkauan yang sama dengan penumbuk proton 100 TeV akan cocok dengan lokasi Fermilab yang sudah ada.

Menyebutnya sebagai “tembakan muon kami”, komite P5 menyatakan bahwa program akselerator muon akan sesuai dengan ambisi AS untuk menjadi tuan rumah fasilitas penumbuk internasional yang besar, sehingga memungkinkan AS memimpin upaya global untuk memahami sifat dasar alam semesta. Panel P5 kini merekomendasikan agar AS membangun fasilitas uji coba dan demonstrasi besar-besaran untuk pesawat penumbuk canggih tersebut dalam dekade mendatang. Laporan tersebut juga merekomendasikan agar AS berpartisipasi dalam Kolaborasi Muon Collider Internasional dan “mengambil peran utama dalam menentukan desain referensi”.

Karsten Heeger, seorang fisikawan di Universitas Yale yang ikut mengetuai P5, mengatakan Dunia Fisika bahwa rekomendasi muon collider datang dari keinginan untuk memikirkan masa depan jangka panjang fisika partikel di AS, di luar proyek yang direncanakan dan dikembangkan saat ini. Menurut Heeger, rekomendasi penelitian dan pengembangan ini telah menghasilkan “kegembiraan besar” dalam komunitas fisika partikel Amerika, khususnya di kalangan ilmuwan muda. “Mereka merasa bahwa dapat melakukan penelitian dan pengembangan untuk memikirkan fasilitas collider di masa depan adalah hal yang sangat menarik, terutama jika kita dapat menampungnya di AS,” tambahnya.

Tantangan ke depan

Namun, penumbuk muon menghadapi tantangan teknis yang besar dan memerlukan waktu puluhan tahun sebelum keputusan untuk membuatnya dapat dibuat. Salah satu masalah dengan muon adalah bahwa muon meluruh hanya dalam waktu 2.2 mikrodetik, sehingga muon perlu ditangkap, didinginkan, dan dipercepat. “Ini benar-benar mendorong batasan teknis di semua elemen,” kata Heeger. “Perkembangan magnet, teknologi akselerasi, pemfokusan sinar; semua hal ini akan menjadi sangat penting, dan harus ditingkatkan sesuai keadaan saat ini,” tambahnya.

Schulte setuju bahwa jika bukan karena masa hidup muon yang terbatas, muon collider akan “langsung maju”. Dia mengatakan bahwa salah satu tantangan terbesarnya adalah mengembangkan teknologi magnet yang dibutuhkan. Misalnya, ketika muon dihasilkan oleh tumbukan proton, magnet superkonduktor bersuhu tinggi akan diperlukan untuk mendinginkan dan memperlambatnya. Dan teknologi ini perlu diterapkan dalam ruang kecil untuk mengurangi hilangnya muon. Magnet berkecepatan tinggi yang dapat diputar dengan sangat cepat akan diperlukan untuk mempercepat pancaran muon.

Masalahnya, sebagian besar teknologi ini belum ada atau masih dalam tahap awal. Terlepas dari tantangan-tantangan ini, Heeger yakin bahwa penumbuk muon dapat dibuat: “Ahli fisika partikel dan fisikawan akselerator telah menunjukkan kecerdikan yang luar biasa selama beberapa tahun dan dekade terakhir, jadi saya optimis,” katanya. Bahkan jika fasilitas tersebut tidak memungkinkan, upaya mewujudkannya akan memanfaatkan kekuatan AS saat ini dalam fisika partikel dan mendorong peningkatan fasilitas berkas proton dan neutrino. Hal ini juga kemungkinan besar akan memberikan manfaat luas bagi masyarakat termasuk produksi isotop medis, ilmu material, dan fisika nuklir, sehingga Heeger yakin hal ini akan menjadi “investasi yang dibelanjakan dengan baik”.

Perkembangan magnet superkonduktor suhu tinggi, misalnya, akan mempunyai implikasi penting di luar fisika partikel. Mereka dapat berguna untuk reaktor fusi nuklir dan dapat meningkatkan kinerja turbin angin. Schulte juga percaya bahwa pengembangan muon collider akan memberikan manfaat besar dalam melatih ilmuwan generasi berikutnya. “Ini proyek yang hebat karena segala sesuatunya baru, ada ruang untuk penemuan, untuk kreativitas, semangatnya sangat berbeda dengan proyek yang melakukan kembali sesuatu yang kita lakukan di masa lalu dengan cara yang lebih besar,” tambahnya.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/influential-us-particle-physics-panel-calls-for-muon-collider-development/