פאנל משפיע על פיסיקת חלקיקים בארה"ב קורא לפיתוח מתנגש מיאון - 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="אחד לעתיד מתקן מיאון יכול להיות הרבה יותר קומפקטי מאשר מתנגש פרוטונים ואולי זול יותר לבנייה. (באדיבות: CERN)">

ארה"ב צריכה לחקור בניית מתנגש מיאון ולבצע מחקר ופיתוח "אגרסיביים" לטכנולוגיות הנדרשות למתקן כזה. זו מסקנתה של ועדה בעלת פרופיל גבוה של פיסיקאי חלקיקים אמריקאים ובינלאומיים לאחר שנה של פגישות כדי לדון בעתיד המחקר בפיזיקה באנרגיה גבוהה בארה"ב. עם זאת, המדענים מודים שיש להתגבר על אתגרים טכניים משמעותיים כדי לבנות מתנגש מיאון.

הפיתוח הפוטנציאלי של מתקן מיאון הוא חלק מחזון ארוך טווח של 20 שנה לפיזיקת חלקיקים, אשר שוחרר בתחילת דצמבר על ידי פאנל סדר העדיפויות של פרויקט פיסיקת החלקיקים, או P5 (ראה מסגרת למטה). מאז 2003, ה-P5 נפגש כל עשור כדי להעריך פרויקטי מחקר פיזיקה גדולים ובינוניים. לאחר מכן היא מעבירה את המלצותיה לסוכנויות מימון כגון משרד האנרגיה האמריקאי (DOE) והקרן הלאומית למדע.

בעקבות גילוי בוזון היגס ב-2012 ב-CERN's Large Hadron Collider, פיזיקאים של חלקיקים החלו לתכנן לבנות מפעל היגס שכונה שיתנגש אלקטרונים עם פוזיטרונים כדי לאפשר חקירה מפורטת יותר של תכונות הבוזון של היגס וחלקיקים אחרים. חלק מהעיצובים הללו לקרוא למנהרה באורך 90 ק"מ שתתנגש לראשונה בין אלקטרונים לפוזיטרונים באמצע שנות ה-2040 של המאה ה-100, לפני שתשנה אותה מאוחר יותר במאה הנוכחית כמכונה של XNUMX TeV פרוטון-פרוטון כדי לחפש פיזיקה חדשה.

עם זאת, המעבר לאנרגיות הללו - ואולי אף גבוהות יותר - הוא מסובך. באנרגיות שמתקרבות ל-1 TeV במאיץ מעגלי, אלקטרונים מאבדים הרבה אנרגיה באמצעות קרינת סינכרוטרון. זו לא בעיה כזו עבור פרוטונים, אבל הגעה לאנרגיות גבוהות יותר מ-100 TeV דורשת טבעת גדולה אפילו יותר מ-90 ק"מ וכנראה תזדקק גם לטכנולוגיות חדשות. אפשרות חלופית אחת היא להתנגש עם מיואונים - בני דודים של אלקטרונים שכבדים פי 200. בהתחשב בכך שהמיוונים כבדים בהרבה מאלקטרונים, אובדן אנרגיה יהיה פחות בעיה במתנגש מיאון.

דניאל שולטה, מנהיג המחקר של ה שיתוף פעולה בין-לאומי של מתאם מואון, שלא היה בוועדת P5, אומר שקרינת סינכרוטרונים "מופחתת בפקטור של יותר ממיליארד" בהתנגשות מיאון. "[Muons] מעניינים כי הם יכולים להחליף [אלקטרונים ופזיטרונים] ישירות, והיותם מתנגש מיאון של 10 TeV שווה ערך ל-100 TeV מתנגש פרוטונים במונחים של טווח פיזיקה", אומר שולטה ששיתוף הפעולה שלו מורכב מיותר מ-60 מכונים , כולל CERN, שמגבשים תוכנית למתקן מיאון מתקדם. כל מתקן מיאון עתידי עשוי להיות הרבה יותר קומפקטי ואולי זול יותר לבנייה - מתנגש מיאון עם טווח הגעה זהה לזה של מתנגש פרוטונים של 100 TeV יתאים לאתר הקיים של פרמילב, למשל.

בהתייחסו לזה כ"יריית המיאון שלנו", ועדת P5 קובעת שתוכנית מאיץ מיאון תתאים לשאיפה של ארה"ב לארח מתקן מתנגש בינלאומי גדול, מה שיאפשר לה להוביל מאמצים גלובליים להבין את הטבע הבסיסי של היקום. פאנל P5 ממליץ כעת לארה"ב לבנות מתקני בדיקה והדגמה גדולים עבור מתנגש מתקדם שכזה במהלך העשור הקרוב. הדו"ח גם ממליץ לארה"ב להשתתף בשיתוף הפעולה הבינלאומי ל-Muon Collider ו"לקחת תפקיד מוביל בהגדרת עיצוב התייחסות".

קרסטן היגר, סיפר פיזיקאי מאוניברסיטת ייל שעומד בראש ה-P5 עולם הפיזיקה שהמלצת מתנגש מיאון באה מתוך רצון לחשוב על העתיד ארוך הטווח של פיזיקת החלקיקים בארה"ב, מעבר ליבול הנוכחי של פרויקטים מתוכננים ומתפתחים. לדברי היגר, המלצת המחקר והפיתוח הזו יצרה "התרגשות רבה" בקהילת הפיזיקה-חלקיקים בארה"ב, במיוחד בקרב מדענים צעירים יותר. "הם מרגישים שהיכולת להמשיך במו"פ כדי לחשוב על מתקן מתנגש עתידי זה באמת מרגש, במיוחד אם אולי נוכל לארח אותו בארה"ב", הוא מוסיף.

אתגרים קדימה

לעומת זאת, מתנגש מיאון עומד בפני אתגרים טכניים גדולים ויעברו עשרות שנים עד שניתן יהיה לקבל החלטה כלשהי לבנות אחד. בעיה אחת עם מיואונים היא שהם מתפוררים בקושי של 2.2 מיקרו שניות שבמהלכן יהיה צורך ללכוד אותם, לקרר ולהאיץ אותם. "זה באמת דוחף את הגבולות הטכניים בכל האלמנטים", אומר היגר. "פיתוח המגנט, טכנולוגיית ההאצה, מיקוד האלומה; כל הדברים האלה יהיו חשובים ביותר, ויש לשפר אותם בהשוואה למקום שבו הדברים נמצאים כרגע", הוא מוסיף.

שולטה מסכים שאלמלא חייו המוגבלים של המיאון, מתנגש מיאון היה "ישר קדימה". הוא אומר שאחד האתגרים הגדולים ביותר יהיה פיתוח טכנולוגיית המגנטים הנדרשת. לדוגמה, ברגע שהמיוונים נוצרו על ידי התנגשויות פרוטונים, יהיה צורך במגנטים מוליכים בטמפרטורה גבוהה כדי לקרר ולהאט אותם. והטכנולוגיה הזו תצטרך להידחק לתוך חלל זעיר כדי להפחית את אובדן המיאון. אז יהיה צורך במגנטים מהירים שניתן להרכיבם מהר מאוד כדי להאיץ את אלומת המיאון.

הבעיה היא שהרבה מהטכנולוגיה הזו עדיין לא קיימת או נמצאת בחיתוליה. למרות האתגרים הללו, היגר בטוח שניתן לבנות מתנגש מיאון: "פיזיקאים של חלקיקים ופיזיקאים מאיצים הראו כושר המצאה מדהים במהלך השנים והעשורים האחרונים, ולכן אני אופטימי", הוא אומר. אבל גם אם מתקן כזה אינו בר ביצוע, העבודה לקראתו תתבסס על החוזקות הנוכחיות של ארה"ב בפיזיקה של חלקיקים ותזנה לשיפורים במתקני פרוטונים וקרומי נייטרינו. סביר להניח שתהיה לזה תועלת רחבה לחברה, כולל ייצור איזוטופים רפואיים, מדעי החומרים ופיזיקה גרעינית, כך שהיגר מאמין שזו תהיה "השקעה שהושקעה היטב".

לפיתוח של מגנטים מוליכים-על בטמפרטורה גבוהה, למשל, יהיו השלכות חשובות מעבר לפיזיקת החלקיקים. הם יכולים להיות שימושיים עבור כורי היתוך גרעיני ועשויים לשפר את הביצועים של טורבינות רוח. שולטה גם מאמין שעבודה לקראת מתנגש מיאון תציע יתרונות משמעותיים בכל הנוגע להכשרת הדור הבא של מדענים. "זה פרויקט נהדר כי דברים חדשים, יש מקום להמצאות, ליצירתיות, הרוח שונה מאוד מפרויקט שעושה מחדש משהו שעשינו בעבר בצורה גדולה יותר", הוא מוסיף.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/influential-us-particle-physics-panel-calls-for-muon-collider-development/