คณะผู้มีอิทธิพลด้านฟิสิกส์อนุภาคของสหรัฐฯ เรียกร้องให้มีการพัฒนาเครื่องชนกันมิวออน - 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="หนึ่งสำหรับอนาคต สิ่งอำนวยความสะดวกมิวออนอาจมีขนาดกะทัดรัดกว่าเครื่องชนโปรตอนมากและอาจถูกกว่าในการสร้างด้วย (เอื้อเฟื้อโดย: เซิร์น)”>

สหรัฐฯ ควรสำรวจการสร้างเครื่องชนมิวออนและดำเนินการวิจัยและพัฒนา "เชิงรุก" ในด้านเทคโนโลยีที่จำเป็นสำหรับสิ่งอำนวยความสะดวกดังกล่าว นั่นคือบทสรุปของคณะกรรมการระดับสูงของนักฟิสิกส์อนุภาคของสหรัฐอเมริกาและนานาชาติ หลังจากการประชุมหนึ่งปีเพื่อหารือเกี่ยวกับอนาคตของการวิจัยฟิสิกส์พลังงานสูงของสหรัฐอเมริกา อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์ยอมรับว่าจะต้องเอาชนะความท้าทายทางเทคนิคที่สำคัญเพื่อสร้างเครื่องชนมิวออน

การพัฒนาศักยภาพของสิ่งอำนวยความสะดวกมิวออนเป็นส่วนหนึ่งของวิสัยทัศน์ระยะยาว 20 ปีสำหรับฟิสิกส์ของอนุภาคซึ่งเผยแพร่เมื่อต้นเดือนธันวาคมโดยแผงจัดลำดับความสำคัญของโครงการฟิสิกส์อนุภาคหรือ P5 (ดูกล่องด้านล่าง) ตั้งแต่ปี 2003 เป็นต้นมา P5 ได้ประชุมกันทุกทศวรรษเพื่อประเมินโครงการวิจัยฟิสิกส์ขนาดใหญ่และขนาดกลาง จากนั้นจึงส่งคำแนะนำไปยังหน่วยงานให้ทุน เช่น กระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกา (DOE) และมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ

หลังจากการค้นพบฮิกส์โบซอนในปี 2012 ที่ CERN's เครื่องชนอนุภาคขนาดใหญ่นักฟิสิกส์อนุภาคเริ่มวางแผนที่จะสร้างโรงงานที่เรียกว่าโรงงานฮิกส์ซึ่งจะชนอิเล็กตรอนกับโพซิตรอนเพื่อให้ตรวจสอบคุณสมบัติของฮิกส์โบซอนและอนุภาคอื่นๆ ได้ละเอียดยิ่งขึ้น การออกแบบเหล่านี้บางส่วน เรียกร้องให้มีอุโมงค์ยาว 90 กม. ที่จะชนอิเล็กตรอนกับโพซิตรอนเป็นครั้งแรกในช่วงกลางปี ​​2040 ก่อนที่จะถูกนำมาใช้ใหม่ในศตวรรษนี้ในฐานะเครื่องโปรตอน-โปรตอน 100 TeV เพื่อค้นหาฟิสิกส์ใหม่

แต่การเคลื่อนไปสู่พลังงานเหล่านี้ – และอาจสูงกว่านั้น – มีความซับซ้อน เมื่อพลังงานเข้าใกล้ 1 TeV ในเครื่องเร่งแบบวงกลม อิเล็กตรอนจะสูญเสียพลังงานจำนวนมากผ่านรังสีซินโครตรอน นี่ไม่ใช่ปัญหาสำหรับโปรตอน แต่การได้รับพลังงานที่สูงกว่า 100 TeV ต้องใช้วงแหวนที่ใหญ่กว่า 90 กม. และอาจต้องใช้เทคโนโลยีใหม่ด้วย ทางเลือกหนึ่งคือการชนมิวออน ซึ่งเป็นลูกพี่ลูกน้องของอิเล็กตรอนที่หนักกว่า 200 เท่า เนื่องจากมิวออนหนักกว่าอิเล็กตรอนมาก การสูญเสียพลังงานจึงไม่มีปัญหาในเครื่องชนมิวออน

Daniel Schulte ผู้นำการศึกษาของ ความร่วมมือระหว่างประเทศ Muon Colliderซึ่งไม่ได้อยู่ในคณะกรรมการ P5 กล่าวว่ารังสีซินโครตรอน "ลดลงมากกว่าหนึ่งพันล้านเท่า" ในเครื่องชนมิวออน "[มิวออน] มีความน่าสนใจเนื่องจากสามารถแทนที่ [อิเล็กตรอนและโพซิตรอน] ได้โดยตรง และการมีเครื่องชนมิวออน 10 TeV ก็เทียบเท่ากับการมีเครื่องชนโปรตอน 100 TeV ในแง่ของการเข้าถึงทางฟิสิกส์" Schulte ซึ่งการทำงานร่วมกันประกอบด้วยสถาบันมากกว่า 60 แห่งกล่าว รวมถึง CERN ที่กำลังร่างพิมพ์เขียวสำหรับสิ่งอำนวยความสะดวกมิวออนขั้นสูง สิ่งอำนวยความสะดวกมิวออนในอนาคตอาจมีขนาดกะทัดรัดกว่ามากและอาจถูกกว่ามากในการสร้าง เช่น เครื่องชนมิวออนที่มีระยะการเข้าถึงเท่ากับเครื่องชนโปรตอน 100 TeV จะพอดีกับไซต์ที่มีอยู่ของเฟอร์มิแล็บ เป็นต้น

คณะกรรมการ P5 เรียกสิ่งนี้ว่า "การยิงมิวออนของเรา" ระบุว่าโครงการเร่งอนุภาคมิวออนจะสอดคล้องกับความทะเยอทะยานของสหรัฐฯ ที่จะเป็นเจ้าภาพสร้างโรงงานเครื่องชนกันขนาดใหญ่ระดับนานาชาติ ซึ่งจะทำให้สหรัฐฯ เป็นผู้นำความพยายามระดับโลกในการทำความเข้าใจธรรมชาติพื้นฐานของจักรวาล ขณะนี้คณะผู้พิจารณา P5 แนะนำให้สหรัฐฯ สร้างศูนย์ทดสอบและสาธิตที่สำคัญสำหรับเครื่องชนกันขั้นสูงเช่นนี้ภายในทศวรรษหน้า รายงานยังแนะนำให้สหรัฐฯ เข้าร่วมในความร่วมมือระหว่างประเทศ Muon Collider และ “มีบทบาทนำในการกำหนดการออกแบบอ้างอิง”

คาร์สเตน เฮเกอร์นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยเยลซึ่งเป็นประธานร่วมของ P5 กล่าว โลกฟิสิกส์ ว่าข้อเสนอแนะของเครื่องชนมิวออนนั้นมาจากความปรารถนาที่จะคิดถึงอนาคตระยะยาวของฟิสิกส์อนุภาคในสหรัฐอเมริกา นอกเหนือจากโครงการที่วางแผนไว้และการพัฒนาในปัจจุบัน จากข้อมูลของ Heeger คำแนะนำด้านการวิจัยและพัฒนานี้ได้สร้าง "ความตื่นเต้นอย่างมาก" ในชุมชนฟิสิกส์อนุภาคของสหรัฐอเมริกา โดยเฉพาะในหมู่นักวิทยาศาสตร์รุ่นเยาว์ “พวกเขารู้สึกว่าความสามารถในการดำเนินการวิจัยและพัฒนาเพื่อคิดถึงโรงงานเครื่องชนกันในอนาคตนั้นน่าตื่นเต้นมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าเราสามารถตั้งโรงงานดังกล่าวในสหรัฐอเมริกาได้” เขากล่าวเสริม

ความท้าทายข้างหน้า

อย่างไรก็ตาม เครื่องชนมิวออนต้องเผชิญกับความท้าทายทางเทคนิคที่สำคัญ และต้องใช้เวลาหลายทศวรรษกว่าจะตัดสินใจสร้างเครื่องชนดังกล่าวได้ ปัญหาหนึ่งของมิวออนคือพวกมันสลายตัวในเวลาเพียง 2.2 ไมโครวินาที ซึ่งในระหว่างนั้นพวกมันจะต้องถูกจับ ทำให้เย็นลง และเร่งความเร็ว “มันกำลังผลักดันขอบเขตทางเทคนิคในทุกองค์ประกอบ” ฮีเกอร์กล่าว “การพัฒนาแม่เหล็ก เทคโนโลยีการเร่งความเร็ว การโฟกัสลำแสง สิ่งเหล่านี้ทั้งหมดจะมีความสำคัญอย่างยิ่งยวด และพวกมันจะต้องได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้นจากสิ่งที่เป็นอยู่ตอนนี้” เขากล่าวเสริม

ชูลเตตกลงว่าถ้าไม่ใช่เพราะมิวออนมีอายุจำกัด เครื่องชนมิวออนก็จะ "ตรงไปตรงมา" เขากล่าวว่าหนึ่งในความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดคือการพัฒนาเทคโนโลยีแม่เหล็กที่จำเป็น ตัวอย่างเช่น เมื่อมิวออนถูกสร้างขึ้นจากการชนกันของโปรตอน แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงจะต้องเพื่อทำให้พวกมันเย็นลงและช้าลง และเทคโนโลยีนี้จะต้องถูกบีบลงในพื้นที่เล็กๆ เพื่อลดการสูญเสียมิวออน แม่เหล็กความเร็วสูงที่สามารถหมุนได้เร็วมากนั้นจำเป็นต่อการเร่งลำแสงมิวออน

ปัญหาคือเทคโนโลยีส่วนใหญ่ยังไม่มีหรือยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น แม้จะมีความท้าทายเหล่านี้ Heeger ก็มั่นใจว่าสามารถสร้างเครื่องชนมิวออนได้: "นักฟิสิกส์อนุภาคและนักฟิสิกส์เครื่องเร่งได้แสดงความเฉลียวฉลาดอย่างไม่น่าเชื่อในช่วงหลายปีที่ผ่านมาและหลายทศวรรษที่ผ่านมา และฉันก็มองโลกในแง่ดี" เขากล่าว แต่ถึงแม้ว่าสิ่งอำนวยความสะดวกดังกล่าวจะไม่สามารถทำได้ แต่การทำงานต่อไปจะสร้างจุดแข็งของสหรัฐฯ ในด้านฟิสิกส์อนุภาคในปัจจุบัน และป้อนเข้าสู่การปรับปรุงสิ่งอำนวยความสะดวกลำแสงโปรตอนและนิวตริโน นอกจากนี้ยังน่าจะเป็นประโยชน์ต่อสังคมในวงกว้าง เช่น การผลิตไอโซโทปทางการแพทย์ วัสดุศาสตร์ และฟิสิกส์นิวเคลียร์ ดังนั้น Heeger เชื่อว่าจะเป็น "การลงทุนที่ใช้จ่ายไปอย่างดี"

ตัวอย่างเช่นการพัฒนาแม่เหล็กที่มีตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงจะมีผลกระทบที่สำคัญนอกเหนือจากฟิสิกส์ของอนุภาค สิ่งเหล่านี้อาจมีประโยชน์สำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันและอาจปรับปรุงประสิทธิภาพของกังหันลม ชูลเตยังเชื่อด้วยว่าการทำงานเพื่อมุ่งเป้าไปที่เครื่องชนมิวออนจะให้ประโยชน์อย่างมากเมื่อต้องฝึกฝนนักวิทยาศาสตร์รุ่นต่อไป “นี่เป็นโปรเจ็กต์ที่ยอดเยี่ยมเพราะมีสิ่งใหม่ๆ มีพื้นที่สำหรับการประดิษฐ์คิดค้น เพื่อความคิดสร้างสรรค์ จิตวิญญาณแตกต่างอย่างมากจากโปรเจ็กต์ที่นำสิ่งที่เราทำในอดีตกลับมาทำใหม่ให้ยิ่งใหญ่กว่าเดิม” เขากล่าวเสริม

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai เพิ่มพลังให้กับตัวเอง เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตไอสตรีม. Web3 อัจฉริยะ ขยายความรู้ เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตESG. คาร์บอน, คลีนเทค, พลังงาน, สิ่งแวดล้อม แสงอาทิตย์, การจัดการของเสีย. เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตสุขภาพ เทคโนโลยีชีวภาพและข่าวกรองการทดลองทางคลินิก เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://physicsworld.com/a/influential-us-particle-physics-panel-calls-for-muon-collider-development/