Un panel influent de fizică a particulelor din SUA solicită dezvoltarea unui ciocnitor de muoni – 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="Una pentru viitor O instalație cu muoni ar putea fi mult mai compactă decât un ciocnitor de protoni și poate mai ieftin de construit. (Cu amabilitatea: CERN)”>

SUA ar trebui să exploreze construirea unui ciocnitor de muoni și să urmărească cercetarea și dezvoltarea „agresivă” a tehnologiilor necesare pentru o astfel de instalație. Aceasta este concluzia unui comitet de mare profil format din fizicienii particulelor americani și internaționali după un an de întâlniri pentru a discuta viitorul cercetării americane în domeniul fizicii de înaltă energie. Oamenii de știință recunosc, totuși, că ar trebui depășite provocări tehnice semnificative pentru a construi un ciocnitor de muoni.

Dezvoltarea potențială a unei instalații de muoni face parte dintr-o viziune pe termen lung, de 20 de ani pentru fizica particulelor, care a fost lansată la începutul lunii decembrie de către Particle Physics Project Prioritization Panel, sau P5 (vezi caseta de mai jos). Din 2003, P5 sa întrunit la fiecare deceniu pentru a evalua proiecte de cercetare în fizică de dimensiuni mari și mijlocii. Apoi își transmite recomandările agențiilor de finanțare, cum ar fi Departamentul de Energie al SUA (DOE) și Fundația Națională pentru Știință.

În urma descoperirii bosonului Higgs în 2012 la CERN Large Hadron Collider, fizicienii particulelor au început să plănuiască să construiască o așa-numită fabrică Higgs care să ciocnească electronii cu pozitronii pentru a permite investigarea mai detaliată a proprietăților bosonului Higgs și a altor particule. Unele dintre aceste modele cere un tunel lung de 90 de km care să ciocnească mai întâi electronii cu pozitronii la mijlocul anilor 2040, înainte de a fi reutilizat la sfârșitul acestui secol ca o mașină de protoni-protoni de 100 TeV pentru a căuta o nouă fizică.

Cu toate acestea, trecerea la aceste energii – și potențial chiar mai mari – este complicată. La energii care se apropie de 1 TeV într-un accelerator circular, electronii pierd multă energie prin radiația sincrotron. Aceasta nu este o astfel de problemă pentru protoni, dar atingerea unor energii mai mari de 100 TeV necesită un inel și mai mare de 90 km și probabil ar avea nevoie și de noi tehnologii. O opțiune alternativă este să ciocniți muonii – veri ai electronilor care sunt de 200 de ori mai grei. Având în vedere că muonii sunt mult mai grei decât electronii, pierderea de energie ar fi o problemă mai mică într-un ciocnitor de muoni.

Daniel Schulte, lider de studiu al Colaborarea internațională pentru coliziunea muonilor, care nu a făcut parte din comitetul P5, spune că radiația sincrotron este „redusă cu un factor de peste un miliard” într-un colisionator de muoni. „[Muonii] sunt interesanți pentru că ar putea înlocui [electronii și pozitronii] direct și a avea un ciocnitor de muoni de 10 TeV este aproximativ echivalent cu a avea un ciocnitor de protoni de 100 TeV în ceea ce privește atingerea fizică”, spune Schulte, a cărui colaborare constă din peste 60 de institute. , inclusiv CERN, care elaborează un plan pentru o instalație avansată de muoni. Orice instalație viitoare de muoni ar putea fi mult mai compactă și poate mai ieftin de construit - un colisionator de muoni cu aceeași rază de acțiune ca un colisionator de protoni de 100 TeV s-ar potrivi pe site-ul existent al Fermilab, de exemplu.

Referindu-se la aceasta „împușcătura noastră de muon”, comitetul P5 afirmă că un program de accelerare a muonii s-ar potrivi cu ambiția SUA de a găzdui o instalație internațională majoră de coliziune, permițându-i să conducă eforturile globale de a înțelege natura fundamentală a universului. Panelul P5 recomandă acum ca SUA să construiască instalații majore de testare și demonstrație pentru un astfel de colisionar avansat în următorul deceniu. Raportul recomandă, de asemenea, ca SUA să participe la International Muon Collider Collaboration și „să-și asume un rol principal în definirea unui design de referință”.

Karsten Heeger, a spus un fizician de la Universitatea Yale, care copreședează P5 Lumea fizicii că recomandarea ciocnitorului de muoni a venit din dorința de a se gândi la viitorul pe termen lung al fizicii particulelor în SUA, dincolo de recolta actuală de proiecte planificate și în curs de dezvoltare. Potrivit lui Heeger, această recomandare de cercetare și dezvoltare a generat „o mulțime de entuziasm” în comunitatea americană de fizică a particulelor, în special în rândul oamenilor de știință mai tineri. „Ei consideră că a putea face cercetare și dezvoltare pentru a se gândi la o viitoare instalație de coliziune este cu adevărat interesant, mai ales dacă am putea să o găzduim în SUA”, adaugă el.

Provocări viitoare

Cu toate acestea, un ciocnitor de muoni se confruntă cu provocări tehnice majore și ar trebui să treacă decenii înainte ca orice decizie de a construi unul ar putea fi luată. O problemă cu muonii este că se degradează în abia 2.2 microsecunde timp în care ar trebui să fie capturați, răciți și accelerați. „Împinge cu adevărat frontierele tehnice în toate elementele”, spune Heeger. „Dezvoltarea magnetului, tehnologia de accelerare, focalizarea fasciculului; toate aceste lucruri vor fi extrem de importante și trebuie îmbunătățite față de locul în care sunt lucrurile în prezent”, adaugă el.

Schulte este de acord că, dacă nu ar fi durata de viață limitată a muonului, un ciocnitor de muoni ar fi „direct”. El spune că una dintre cele mai mari provocări va fi dezvoltarea tehnologiei magnetice necesare. De exemplu, odată ce muonii au fost produși de ciocnirile de protoni, vor fi necesari magneți supraconductori la temperatură înaltă pentru a-i răci și a încetini. Și această tehnologie va trebui să fie strânsă într-un spațiu mic pentru a reduce pierderea de muoni. Magneții de mare viteză care pot fi ciclați foarte rapid vor fi apoi necesari pentru a accelera fasciculul de muoni.

Problema este că o mare parte din această tehnologie nu există încă sau este la început. În ciuda acestor provocări, Heeger este încrezător că s-ar putea construi un ciocnitor de muoni: „Fizicienii particulelor și fizicienii acceleratorilor au demonstrat o ingeniozitate incredibilă în ultimii ani și decenii, așa că sunt optimist”, spune el. Dar chiar dacă o astfel de instalație nu este fezabilă, lucrul în acest sens s-ar baza pe punctele forte actuale ale SUA în fizica particulelor și ar contribui la îmbunătățirea instalațiilor fasciculului de protoni și neutrini. De asemenea, ar avea probabil beneficii ample pentru societate, inclusiv producția de izotopi medicali, știința materialelor și fizica nucleară, așa că Heeger consideră că ar fi o „investiție bine cheltuită”.

Dezvoltarea magneților supraconductori la temperatură înaltă, de exemplu, ar avea implicații importante dincolo de fizica particulelor. Ele ar putea fi utile pentru reactoarele de fuziune nucleară și pot îmbunătăți performanța turbinelor eoliene. Schulte crede, de asemenea, că lucrul în direcția unui ciocnitor de muoni va oferi beneficii substanțiale atunci când vine vorba de formarea următoarei generații de oameni de știință. „Acesta este un proiect grozav pentru că lucrurile sunt noi, există loc pentru invenții, pentru creativitate, spiritul este foarte diferit de un proiect care reface ceva ce am făcut în trecut într-un mod mai mare”, adaugă el.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
• PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/influential-us-particle-physics-panel-calls-for-muon-collider-development/