خريطة طريق لعلم الفيزياء الجسيمات في الولايات المتحدة تحظى بموافقة واسعة

في 13 ديسمبر 2023 ، 8 دقائق قراءة

مقدمة

لديها خطة جريئة جديدة لاستكشاف الكون الكمي من أصغر الجزيئات إلى أبعدها. في 7 ديسمبر ، قدمت لجنة تحديد أولويات مشروع الفيزياء الجسيمات (P5) تقريرها المسودة ، الذي يرسم مسارًا لعلم الفيزياء الجسيمات في الولايات المتحدة على مدى العقدين المقبلين. “ما نسعى إليه حقًا هو: ‘كيف يعمل الكون؟’” يقول هيتوشي موراياما ، رئيس P5 ونظري في جامعة كاليفورنيا ، بيركلي.

الأسئلة المفتوحة

على مر القرن الماضي ، استخدم الفيزيائيون التجارب ذات الطاقة والدقة المتزايدة لاكتشاف كيف يعمل الكون على أصغر مقاييسه. لقد أدت جهودهم إلى نموذج الجسيمات القياسي ، الذي يصف المكونات الأساسية للمادة (الليبتونات والكواركات) والقوى التي تسيطر عليها (القوى الكهرومغناطيسية والقوية والضعيفة). في الوقت نفسه ، طور العلماء أيضًا نموذجًا قياسيًا لعلم الكون لشرح التطور الكوني ، من بداية الزمن إلى اليوم (وما بعده): ابدأ بالانفجار الكبير. أضف جزءًا واحدًا من المادة المظلمة ، وجزئين من الطاقة المظلمة ومجرد قليل من المادة. دعه يغلي لمدة حوالي 13.8 مليار سنة.

الخيارات الكونية

تمنح تقرير P5 أولوية عالية لمشروع CMB-S4 ، وهو مشروع بتكلفة 800 مليون دولار لدراسة الخلفية الميكروويفية الكونية – أول ضوء يمكن رؤيته بعد الانفجار العظيم – باستخدام عدد من التلسكوبات الراديوية على الأرض. يصف جيم ستريت ، فيزيائي في فيرميلاب ومدير CMB-S4 ، الدعم بأنه “تصويت للثقة” في أهمية المشروع وخطته.

تصادم المعجلات

أثرت النتائج السلبية أيضًا على خطط معجلات الجسيمات المستقبلية. بعد عقود من التنبؤات النظرية التي تم تأكيدها بواسطة اكتشاف البوزون هيغز في عام 2012 ، الذي أكد كيف يحصل الجسيمات الأخرى على كتلتها ، فشل معجل الهادرونات الكبير (LHC) التابع لـ CERN في العثور على أي جسيمات أساسية جديدة أخرى.

آمال عالية للطاقات الأعلى

أدى النقص في الجسيمات الجديدة في LHC أيضًا إلى دفع الفيزيائيين نحو طاقات أعلى. على وجه التحديد ، يرغبون في جهاز يصطدم الجسيمات لاستكشاف نطاق الطاقة 10 تيرا إلكترون فولت (TeV) ، وهو زيادة بدرجة من الترتيب عن الطاقة الحالية لـ LHC والتي يأمل العديد من الباحثين أنها هي الحد الأدنى الذي ستظهر فيه ظواهر جديدة. (للمقارنة ، فإن 1 تيرا إلكترون فولت هو التقريبي للطاقة الحركية التي يحملها البعوضة الطائرة.)

التصادم بين الميونات

دخلت الميونات ، التوأم الأثقل للإلكترونات ، في مجال الاهتمام مؤخرًا – خاصة بين الفيزيائيين الأمريكيين – لسببين رئيسيين. أولاً ، أظهرت دراسات التصميم الجديدة أن بناء معجل الميونات من المرجح أن يكون ممكنًا على الرغم من أن الميونات تعيش لمدة قصيرة جدًا تبلغ 2.2 ميكروثانية ، مما يجعل من الأصعب استخدامها من البروتونات والإلكترونات ذات العمر الأطول. ثانيًا ، يوفر معجل الميون فرصة للوصول إلى 10 تيرا إلكترون فولت في الولايات المتحدة في فترة زمنية أقصر مقارنة بمعظم المنافسين الدوليين المحتملين. سيكون معجل الميون بقوة 10 تيرا إلكترون فولت بمحيط 16 كيلومترًا فقط – قادرًا على تناسب حدود فيرميلاب.

Source: https://www.scientificamerican.com/article/road-map-for-u-s-particle-physics-wins-broad-approval/