Νέο σχέδιο για τη σωματιδιακή φυσική των ΗΠΑ:Go International
Είναι ένα στοίχημα που οι κορυφαίοι φυσικοί σωματιδίων των ΗΠΑ λένε ότι πρέπει να πάρουν:Για να ξεκινήσουν επιτέλους την κατασκευή του επόμενου μεγάλου έργου τους στο μοναδικό εργαστήριο φυσικής σωματιδίων των Ηνωμένων Πολιτειών — το Εθνικό Εργαστήριο Επιταχυντή Fermi (Fermilab) στη Μπαταβία του Ιλινόις — θέλουν να το σκηνοθετήσουν ως μια διεθνής συνεργασία—ακόμα κι αν αυτό σημαίνει την εκχώρηση του άμεσου ελέγχου του πειράματος σε ένα συμβούλιο κρατών μελών.
Αυτή η σύσταση προέρχεται από ένα προσχέδιο οδικού χάρτη για τη σωματιδιακή φυσική των ΗΠΑ που παρουσιάστηκε σήμερα σε μια ομοσπονδιακή συμβουλευτική επιτροπή στην Ουάσιγκτον, DC. Ζητήθηκε από το Υπουργείο Ενέργειας (DOE) και το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών (NSF) πριν από 8 μήνες, η έκθεση της ad hoc Η Πίνακας Προτεραιοποίησης του Έργου Σωματιδιακής Φυσικής (P5) περιλαμβάνει σε μεγάλο βαθμό τα ίδια κύρια έργα που οι φυσικοί σκέφτονται εδώ και χρόνια. Αλλά έχει έναν αναμφισβήτητα πιο διεθνή τόνο από τα προηγούμενα σχέδια. «Να αναζητήσετε τις πιο σημαντικές ευκαιρίες όπου κι αν βρίσκονται και να φιλοξενήσετε μοναδικές εγκαταστάσεις παγκόσμιας κλάσης που απασχολούν την παγκόσμια επιστημονική κοινότητα», αναφέρει η πρώτη από τις 29 συστάσεις του.
«Νομίζω ότι η περίπτωση να προχωρήσουμε με αυτόν τον τρόπο είναι πειστική [επειδή] σε συνεργασία, μπορούμε να αντιμετωπίσουμε όλη τη φυσική» που αρχικά οραματιζόταν για το έργο Fermilab, λέει ο Andrew Lankford, φυσικός σωματιδίων στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια (UC), Irvine και πρόεδρος του DOE και της Συμβουλευτικής Ομάδας Φυσικής Υψηλής Ενέργειας (HEPAP) της NSF, η οποία ανέθεσε την έκθεση. "Το ερώτημα είναι, θα το εκτιμήσουν οι υπεύθυνοι λήψης αποφάσεων στην Ουάσιγκτον;"
Χαράζοντας μια πορεία για την επόμενη δεκαετία, η έκθεση καλεί τη Fermilab να κατασκευάσει μια λεγόμενη εγκατάσταση νετρίνων μακράς γραμμής βάσης. Το μεγάλο έργο θα εκτόξευε νετρίνα 1300 χιλιομέτρων σε έναν γιγάντιο υπόγειο ανιχνευτή γεμάτο με 40.000 τόνους παγωμένου υγρού αργού, σε βάθος 1480 μέτρων σε ένα εγκαταλελειμμένο χρυσωρυχείο στη Νότια Ντακότα. Θα μελετούσε πώς οι τρεις τύποι ή «γεύσεις» των νετρίνων μορφοποιούνται ή «ταλαντώνονται» το ένα μέσα στο άλλο καθώς συνδυάζονται με σχεδόν ταχύτητα φωτός. Οι ερευνητές αναζητούν μια ασυμμετρία μεταξύ του τρόπου με τον οποίο τα νετρίνα και τα αντινετρίνα ταλαντώνονται, κάτι που θα μπορούσε να εξηγήσει πώς το εξελισσόμενο σύμπαν παρήγαγε τόση πολλή ύλη και τόσο λίγη αντιύλη.
Οι ερευνητές της Fermilab έχουν ήδη ένα συγκεκριμένο σχέδιο για ένα τέτοιο έργο, που ονομάζεται Πείραμα Νετρίνων Μακράς Βάσης (LBNE). Αλλά οι περιορισμοί του προϋπολογισμού το έχουν μειώσει τόσο πολύ που δεν αξίζει πλέον να το κάνουμε, λέει ο P5. Συνιστά να ξεκινήσετε από την αρχή για να δημιουργήσετε ένα διεθνές πείραμα ακόμα πιο φιλόδοξο από την αρχική πρόταση LBNE. Αλλά η DOE, ο κύριος χρηματοδότης της σωματιδιακής φυσικής των ΗΠΑ, πιθανότατα θα έπρεπε να παραχωρήσει τον έλεγχό της, λέει ο διευθυντής της Fermilab, Nigel Lockyer. «Για μένα, αυτή είναι μια μεταμορφωτική στιγμή», λέει. "Αλλά η κυβέρνηση των ΗΠΑ πρέπει να αποδεχθεί ότι πρέπει να εγκαταλείψει κάτι με τον τρόπο που συνήθως κάνει τα πράγματα."
Στο διεθνές επίπεδο, το P5 ακολούθησε το προβάδισμα των Ευρωπαίων σωματιδιακών φυσικών τον περασμένο Μάιο, όταν αναθεώρησαν τη μακροπρόθεσμη στρατηγική τους. Η ευρωπαϊκή έκθεση πρότεινε την κοινή χρήση των μεγαλύτερων έργων του πεδίου μεταξύ της Ευρώπης, των Ηνωμένων Πολιτειών και της Ιαπωνίας. Η Ευρώπη θα συνεχίσει να λειτουργεί τον θρυμματιστή ατόμων με την υψηλότερη ενέργεια στον κόσμο, τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) μήκους 27 χιλιομέτρων στο Ευρωπαϊκό εργαστήριο φυσικής σωματιδίων, CERN, στην Ελβετία—ο οποίος πριν από 2 χρόνια αποκάλυψε το πολυπόθητο μποζόνιο Χιγκς. Η Ευρώπη θα ήταν πρόθυμη να συνεισφέρει σε ένα τεράστιο πείραμα νετρίνων, ίσως στις Ηνωμένες Πολιτείες, και στον προτεινόμενο Διεθνή Γραμμικό Επιταχυντή (ILC). Αυτός ο επιταχυντής ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων μήκους 30 χιλιομέτρων θα μελετούσε το μποζόνιο Higgs με μεγάλη λεπτομέρεια και οι Ιάπωνες φυσικοί ελπίζουν να το φιλοξενήσουν.
Σύμφωνα με αυτό το παγκόσμιο όραμα, η έκθεση P5 θέτει ύψιστη προτεραιότητα στη συνέχιση της συμμετοχής των ΗΠΑ στον LHC και λέει ότι οι φυσικοί θα πρέπει να εργαστούν όπως έχει προγραμματιστεί για να αναβαθμίσουν κατά 10 φορές τον ρυθμό με τον οποίο ο LHC συνθλίβει πρωτόνια. Περισσότεροι από 1200 φυσικοί εργάζονται στα δύο μεγαλύτερα πειράματα που τροφοδοτούνται από τον LHC, μια πλειάδα της κοινότητας της σωματιδιακής φυσικής των ΗΠΑ. «Οι αναβαθμίσεις του LHC είναι το βραχυπρόθεσμο μεγάλο έργο της υψηλότερης προτεραιότητάς μας», είπε στο HEPAP ο Στίβεν Ριτζ, φυσικός από το UC Santa Cruz και την έδρα P5. Ομοίως, εάν η Ιαπωνία προχωρήσει με το ILC, τότε οι Ηνωμένες Πολιτείες θα πρέπει να συμμετάσχουν σε αυτήν τη συνεργασία—αν το επιτρέπουν τα χρήματα.
Συνολικά, η έκθεση P5 αφορά ολόκληρο το χαρτοφυλάκιο φυσικής των ΗΠΑ, συμπεριλαμβανομένων έργων μεγάλων και μικρών. Για παράδειγμα, σύμφωνα με μια προηγούμενη ετήσια κοινοτική έρευνα γνωστή ως διαδικασία Snowmass, συνιστά αυξημένη χρηματοδότηση για μικρότερα υπόγεια πειράματα που προσπαθούν να ανιχνεύσουν σωματίδια σκοτεινής ύλης - το μυστηριώδες υλικό του οποίου η βαρύτητα δεσμεύει τους γαλαξίες. Αντίθετα, ζητά να τερματιστούν οι τρέχουσες προσπάθειες Ε&Α για την ανάπτυξη ενός επιταχυντή που συνθλίβει μιόνια, βαρύτερα ασταθή ξαδέρφια ηλεκτρονίων και πολλά άλλα έργα.
Οι φυσικοί και οι αξιωματούχοι του DOE ελπίζουν ότι το σχέδιο θα βοηθήσει στην ενοποίηση της κοινότητας των σωματιδίων των ΗΠΑ, η οποία φοβούνται ότι έχει κατακερματιστεί. Μερικοί εξέχοντες φυσικοί είχαν αμφισβητήσει την αξία της κατασκευής του πειράματος νετρίνων και αντ' αυτού είχαν πιέσει για μεγαλύτερη προσπάθεια στο ILC ή στην αστροφυσική έρευνα.
Αυτό το πρόβλημα επιδεινώθηκε από τις περικοπές στο σχέδιο LBNE. Οι φυσικοί της Fermilab είχαν οραματιστεί την κατασκευή ενός ανιχνευτή νετρίνων γεμάτο με 34.000 τόνους υγρού αργού στο Homestake. Βαθιά υπόγεια, ο ανιχνευτής θα μπορούσε επίσης να είχε αναζητήσει σημάδια ότι τα πρωτόνια στο υγρό αργό διασπώνται - μια βασική πρόβλεψη ορισμένων θεωριών - και εντοπίζουν νετρίνα από σουπερνόβα. Αλλά οι αξιωματούχοι του DOE αμφισβήτησαν την τιμή του LBNE 1,9 δισεκατομμυρίων δολαρίων. Έτσι, τον Αύγουστο του 2012, οι φυσικοί της Fermilab πρότειναν μια έκδοση 789 εκατομμυρίων δολαρίων με ανιχνευτή μικρότερο από το ένα τρίτο του μεγέθους στην επιφάνεια. Θα μπορούσε να έχει μελετήσει μόνο τις ταλαντώσεις νετρίνων, και μόνο με περιορισμένο τρόπο.
Ωστόσο, υπάρχει ένα πιθανό πρόβλημα στο παγκόσμιο όραμα του P5. Το πάνελ έπρεπε να εξετάσει τι έπρεπε να κάνει σε τρία σενάρια:ένα στο οποίο ο προϋπολογισμός της σωματιδιακής φυσικής του DOE, τώρα 797 εκατομμύρια δολάρια, αυξάνεται κατά 5% σε 10 χρόνια, ένα στο οποίο αυξάνεται κατά 17% σε 10 χρόνια και ένα όπου είναι απεριόριστος . Σε καμία από τις δύο πρώτες περιπτώσεις, οι Ηνωμένες Πολιτείες δεν είχαν την πολυτέλεια να συνεισφέρουν περισσότερα από λίγα χρήματα για Ε&Α και ίσως κάποιο υλικό στην ILC.
Αυτό μπορεί να προκαλέσει καούρα στους Ιάπωνες υποστηρικτές του ILC, οι οποίοι αγωνιούν να δεσμευτούν άλλες χώρες στο έργο. Και οι Ιάπωνες φυσικοί νετρίνων, που ιστορικά έχουν πλεονέκτημα έναντι των ομολόγων τους στις ΗΠΑ, μπορεί στη συνέχεια να υποστηρίξουν ότι η χώρα τους θα εξυπηρετούνταν καλύτερα εάν ακολουθήσουν το δικό τους τεράστιο πείραμα νετρίνων, ήδη στο σχεδιασμό. «Αυτή είναι μια πρόκληση για τη στρατηγική», λέει ο Λάνκφορντ, αν και προσθέτει ότι το έργο των ΗΠΑ μπορεί να είναι σε θέση να προχωρήσει χωρίς τη συμμετοχή της Ιαπωνίας.
Σε τελική ανάλυση, η επιτυχία του σχεδίου θα εξαρτηθεί από το εάν η κοινότητα θα το αγοράσει, λέει ο Lankford. «Πιστεύουμε ότι είναι ένα καλό πρόγραμμα και είναι ισορροπημένο», λέει ο Λάνκφορντ. «Πιστεύουμε ότι είναι κάτι που οι άνθρωποι μπορούν να το αφήσουν πίσω». Εάν δεν το κάνουν, λένε οι ερευνητές, δεν υπάρχει σχέδιο Β.
*Διόρθωση, 27 Μαΐου, 3:53 μ.μ.: Η ιστορία έχει αναθεωρηθεί για να διορθωθούν τα σενάρια προϋπολογισμού που εξέτασε η επιτροπή.
