美国粒子物理研究计划增加国际化

美国专家小组提出的物理实验将使中微子能够从伊利诺伊州到达南达科他州桑福德的地下研究设施。

照片来源:MATTHEW KAPUST

这是一场赌博。美国领先的粒子物理学家表示，他们必须参与其中，以便最终开始费米国家加速器实验室的下一个大项目的建设，这是美国唯一的粒子物理实验室。他们希望该项目成为一个国际合作项目，即使这意味着将实验的直接控制权交给一个国际合作委员会。

该提案来自美国粒子物理学家5月22日提交给联邦咨询委员会的一份草案。八个月前，能源部和国家科学基金会要求成立粒子物理学优先事项特设专家组(P5)。报告中提出的项目与物理学家酝酿多年的项目基本相同，但比之前的计划更国际化。“追求最重要的机会，无论它们在哪里，并使用独特的世界级设备来吸引全球科学界。”29项建议中的第一项是。

“我认为这种合作的推进方式令人信服。我们可以解决费米实验室项目的所有原始物理概念。”"问题是，华盛顿的决策者会欣赏它吗？"美国能源部和国家科学基金会高能物理咨询委员会以及加州大学欧文分校的物理学家安德鲁·兰克福德说。

该报告呼吁费米实验室在未来10年建立一个所谓的长基线中微子设施。它将研究三种接近光速的中微子变化。研究人员正在寻找中微子和反中微子振荡之间的不对称性，这可能有助于解释进化的宇宙是如何产生如此多的物质和如此少的反物质的。

事实上，费米实验室的研究人员已经为这个项目制定了具体的计划，叫做长基线中微子实验(LBNE)。然而，五常表示，预算限制使得该计划不再值得。它提议重新开始建立一个比最初计划更加雄心勃勃的国际实验。费米实验室负责人奈杰尔·洛克(Nigel Locker)指出，作为美国粒子物理学的主要赞助商，能源部可能会失去控制。“这对我来说是一个转折点。”他说，“但是美国*已经接受了这样一个事实，那就是它必须放弃一些通常的做事方式。”

在走向国际的过程中，五常于去年5月开始由欧洲粒子物理学家领导。这些物理学家修改了他们的长期战略，他们的报告建议这个领域最大的项目应该由欧洲、美国和日本共享。欧洲将继续运行世界上最强大的粒子加速器，27公里长的大型强子对撞机(LHC)，位于瑞士的欧洲粒子物理实验室，两年前发现了长期寻找的希格斯玻色子。欧洲愿意为中微子实验和拟议中的国际线性对撞机提供大力资助。这个30公里长的正电子-正电子碰撞机会是对希格斯玻色子的详细研究，日本物理学家希望主办这次研究。

在保持全球视角的前提下，P5报告优先考虑美国继续参与LHC事务，并表示物理学家应该按计划将LHC与质子碰撞的速度提高10倍。1200多名物理学家参加了在LHC进行的两个最大的实验。"在近期的主要项目中，LHC的升级是重中之重."P5主席、加州大学圣克鲁斯分校的史蒂文·里兹说。同样，如果日本推进国际劳工大会，那么如果资金允许，美国应该加入合作。

总的来说，P5报告涵盖了整个美国物理界，包括各种大大小小的项目。例如，基于早期在斯诺进行的一项名为“质量过程”的区域性调查，它建议增加对小型地下实验的资助，这些实验旨在探测暗物质粒子。相反，它呼吁停止目前开发介子对撞机的项目。物理学家和能源部官员希望该计划将有助于统一美国粒子物理界。他们担心美国粒子物理界已经分裂。一些著名的物理学家质疑建造中微子实验的价值。他们更喜欢专注于国际天文联合会或天体物理学研究。

LBNE项目的资金削减加剧了这个问题。费米实验室的物理学家曾经设想在霍姆塔克建立一个含有3.4吨液态氩的中微子探测器。探测器深埋在地下，还能在液态氩的衰变中寻找质子的迹象，并观察超新星的中微子。但是能源部官员不能接受LBNE的19亿美元。因此，在2012年8月，费米实验室的物理学家提出了一个耗资7.89亿美元的探测器，这还不到探测器表面原始尺寸的1/3。它可能只能以非常有限的方式用于研究中微子振荡。

然而，五常的全球视野可能会带来问题。专家组必须考虑如何处理以下三种情况:第一，能源部的粒子物理预算目前为7.97亿美元，10年内增加15%；第二种情况是10年内增长23%。第三是无限制增长。在前两种可能性中，美国负担不起超过研究和发展基金和一些国际劳工委员会的硬件。

这可能会让国际劳工大会的日本支持者心痛，他们渴望其他国家承担项目。日本中微子物理学家在历史上比他们的美国同行有更多的优势，他们可能会建议他们进行自己的大规模中微子实验，以便更好地为国家服务。“这是战略面临的挑战。”兰克福德说，然而，他补充说，没有日本的参与，美国的项目可能会领先。

最终，该计划的成功将取决于资助它的机构。"我们认为这是一个好项目，而且是平衡的."兰福德说。“我们认为这是人们可以追求的东西。”如果他们不这样做，那么这里就没有B计划。(张冬冬)

中国科学新闻(2014-05-28第三版国际版)

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