РЭЛИ, Северная Каролина – Физик элементарных частиц Хитоси Мураяма признается, что раньше беспокоился о том, что его прославят как «самого ненавистного человека» в своей области. Но хорошая новость в том, что теперь он может шутить по этому поводу.
В прошлом году профессор из Беркли возглавил Группу по определению приоритетов проекта физики элементарных частиц (P5), которая составила список физических экспериментов стоимостью в несколько миллионов долларов, которые предстоит провести в течение следующего десятилетия. Список сосредоточен на явлениях, начиная от субатомных столкновений и заканчивая космической инфляцией. В то же время комитету также пришлось решать, какие проекты следует оставить по соображениям бюджета, в результате чего Мураяма получил степень доктора философии. Никто не мог бы заниматься физикой.
Хотя Мураяма и сожалеет об отложенных проектах, он удовлетворен результатом процесса. Теперь он просто надеется, что федеральное правительство реализует главные приоритеты П5.
«Есть пять действительно интересных проектов, которые, как мы думаем, мы можем реализовать в рамках бюджетной программы», — сказал Мураяма на этой неделе во время презентации на конференции ScienceWriters 2024 в Роли. Не все проекты, рекомендованные для финансирования в США, являются совершенно новыми, и не все они базируются в США. Вот краткий обзор:
- В поисках темной материи: Считается, что около 85% всей материи во Вселенной существует в невидимой форме, которую раньше можно было обнаружить только благодаря гравитационному воздействию. В течение многих лет эксперимент, проведенный на переоборудованном золотом руднике в Южной Дакоте, проводил поиск следов темной материи, взаимодействующей с огромным резервуаром жидкого ксенона. Поиски пока ничего не нашли, но в отчете П5 предлагается увеличить резервуар с семи до 70 тонн.
- Продолжая тему бозона Хиггса: Открытие бозона Хиггса в 2012 году стало последней недостающей частью Стандартной модели физики элементарных частиц, одной из самых успешных теорий науки. Но у физиков нет хорошего понимания того, как работает бозон Хиггса. «Они хотят массово произвести этот бозон Хиггса и детально изучить его свойства, чтобы мы знали, как он застрял в космосе и замерз, чтобы мы могли оставаться на одном месте», — сказал Мураяма. Это потребует создания более крупного ускорителя частиц, способного разбивать электроны и позитроны, но комиссия P5 пришла к выводу, что такая машина не может быть построена в Соединенных Штатах. Вместо этого группа рекомендует поддержать «оффшорную фабрику Хиггса», такую как объект FCC-ee, который рассматривает ЦЕРН, или Международный линейный коллайдер, который предлагается построить в Японии.
- Исследование природы нейтрино: Считается, что Большой Взрыв создал равное количество материи и антиматерии, которые теоретически должны были уничтожить друг друга. К счастью, материя восторжествовала и не была уничтожена полностью. Как это произошло? «Единственные возможные элементарные частицы, которые, как нам известно, могут быть ответственны за это, — это нейтрино», — сказал Мураяма. «Откуда нам знать, так ли это на самом деле? Одна из вещей, которую мы пытаемся сделать, — это изучить поведение нейтрино, создав их в Иллинойсе и запустив на объекте в Южной Дакоте, потому что нейтрино могут легко пройти сквозь грязь». Недавно в Южной Дакоте было завершено строительство установки для нейтрино с длинной базой. В отчете P5 предлагается улучшить возможности DUNE.
- Получите нейтринный взгляд на космос: Группа P5 также призвала к резкому расширению нейтринной обсерватории IceCube в Антарктиде. «Им удалось заглянуть в сверхмассивную черную дыру в соседней галактике и впервые они даже смогли сделать изображение галактического диска с помощью нейтрино», — сказал Мураяма. «Таким образом, это, наконец, становится реальным инструментом для наблюдения за Вселенной иным способом, чем мы делали это с помощью старых телескопов».
- В поисках признаков космической инфляции: Популярная теория состоит в том, что сразу после Большого взрыва Вселенная расширялась с огромной скоростью, чтобы «зафиксировать» небольшие возмущения, которые ученые видят в космическом микроволновом фоновом излучении. В 2014 году астрономы заявили, что эксперимент на Южном полюсе нашел доказательства этой первичной космической инфляции, но несколько месяцев спустя они были вынуждены отказаться от этих утверждений. Однако исследования в Антарктике продолжаются, и группа P5 поддержала эксперимент под названием CMB-S4, который расширит поиск доказательств. «Для этого нам нужны две локации: одна в Чили и одна на Южном полюсе», — сказал Мураяма.
Помимо пяти лучших проектов, комиссия одобрила долгосрочные усилия по разработке усовершенствованного ускорителя частиц, который будет вызывать столкновения между субатомными частицами, называемыми мюонами. По словам Мураямы, такая машина увеличит шансы открыть новые горизонты в физике в 2030-х годах.
«Мы называем это «мюонным выстрелом», как лунный выстрел», — сказал он. «На самом деле мы не знаем, сможем ли мы действительно достичь этого, но если вы будете работать над этим, то в конечном итоге на этом пути будет создано очень много интересных вещей, больше науки и больше технологий».
Будут ли приоритеты П5 преобладать? Что делать с рекомендациями физиков, предстоит решить Министерству энергетики США и Национальному научному фонду. Успех не гарантирован: например, NSF приостановил эксперимент CMB-S4 в мае, чтобы вместо этого сосредоточиться на модернизации устаревшей инфраструктуры своих объектов в Антарктиде.
Забегая вперед, еще не ясно, как поведет себя физика элементарных частиц, когда Дональд Трамп вернется в Белый дом. Стоимость четырех из этих проектов составляет более $2,5 млрд в течение нескольких лет. Стоимость оффшорной фабрики Хиггса наверняка вырастет до миллиардов долларов.
Мураяма обратил внимание на проблему, которая может повлиять на IceCube, CMB-S4 и другие антарктические исследования в ближайшем будущем. «У ВВС США есть парк грузовых самолетов, которые действительно хорошо служили нам на протяжении многих десятилетий», — сказал он. «Но они были построены в 1970-е годы и скоро будут списаны, и на данный момент планов по их замене нет. Тогда мы потеряем доступ».
Лидеру сенатского большинства Чаку Шумеру, демократу от штата Нью-Йорк, удалось включить 229 миллионов долларов на новые самолеты в сенатскую версию законопроекта об оборонном бюджете на текущий финансовый год, но Палата представителей еще не предприняла никаких действий. Это создаст в Конгрессе некоторую интригу в ближайшие недели и месяцы.
«Я не совсем понимаю приоритет», — признался Мураяма. «Но это должна быть часть оборонного бюджета, который гораздо больше, чем бюджет науки – так что в этой части это мелочи. Надеюсь, он просто появится и получит финансирование».
Критический взгляд на список пожеланий P5 можно найти в видео на YouTube, снятом физиком Сабиной Хоссенфельдер:
Алан Бойл — почетный член правления Совета по развитию научной литературы, который был одним из организаторов конференции ScienceWriters 2024.
