Plan działania w zakresie fizyki cząstek wspiera projekty Berkeley Lab

Który jest długo oczekiwany Sprawozdanie Komisji ds. Priorytetów Projektu Fizyki Cząstek 2023 (P5).który określa zalecenia dla fizyków cząstek elementarnych na następną dekadę, został przyjęty 8 grudnia przez Towarzystwo Fizyki Cząstek Komitet Doradczy ds. Fizyki Wysokich Energii (HEPAP), która jest doradcą Departamentu Energii USA Biuro Fizyki Wysokich Energii (HEP) Oraz Narodowa Fundacja Nauki Dyrekcja Nauk Matematycznych i Fizycznych (MPS).

Badania i możliwości Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) dobrze pokrywają się z nowymi zaleceniami, które potwierdzają wsparcie dla wielu istniejących wysiłków na dużą skalę i rozszerzają inne. Powiedział, że raport za rok 2023 „przedstawia inspirującą wizję przyszłości fizyki cząstek elementarnych i kosmologii”. Natalia Rowezastępca dyrektora laboratorium ds. nauk fizycznych w Berkeley Lab, który dodał: „Komisja musiała dokonać trudnych wyborów w ramach ograniczonych scenariuszy budżetowych. Program badawczy Berkeley Lab jest dobrze przygotowany do wsparcia tego planu działania, który zaleca CMB-S4 oraz przyszłą ciemną energię i eksperymenty z materią.” dark, a także rozszerzenie wsparcia na badania i rozwój w zakresie akceleratorów, które umożliwią w przyszłości budowę zderzaczy wysokoenergetycznych.

„Program badawczy Berkeley Lab jest dobrze przygotowany do wsparcia tego planu działania, który zaleca projekt CMB-S4 i przyszłe eksperymenty z ciemną energią i ciemną materią, a także rozszerzenie wsparcia na badania i rozwój akceleratorów, aby umożliwić przyszłe zderzacze wysokoenergetyczne”.

-Natalia Rowe

Raport zatytułowany Exploring the Quantum Universe: Pathways to Innovation and Discovery in Particle Physics jest podstawowym dokumentem, który przyczynia się do realizacji priorytetów naukowych wyznaczonych przez Badanie społeczności Snowmass na temat przyszłości fizyki cząstek elementarnych, które zakończono w 2022 r. i podsumowano wkład tysięcy naukowców w zestaw uzgodnionych zaleceń. Raport P5 zakończył niedawno pracę nad książką Raport Międzynarodowego Podkomitetu ds. Benchmarkingu HEPAP I oczekiwane Badanie Akademii Narodowych, Fizyka cząstek elementarnych: postęp i obietnica. Najnowszy raport P5, Budowanie dla odkryć: plan strategiczny dla amerykańskiej fizyki cząstek w kontekście globalnymwydany w 2014 roku.

Hitoshiego Murayamyfizyk teoretyczny w Berkeley Lab wydział fizyki McAdams profesor fizyki na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley, przewodniczył komitetowi P5 Camerona Geddesadyrektor Berkeley Lab Katedra Technologii Akceleratorów i Fizyki Stosowanej (ATAP).Był członkiem komisji. Murayama i wiceprezes P5, Carsten Heger z Uniwersytetu Yale, zaprezentowali Prezentacja HEPAP w Waszyngtonie, 7 grudnia, w którym podsumowano zalecenia raportu P5. W raporcie wskazano trzy nadrzędne tematy naukowe, każdy z dwoma obszarami zainteresowania lub czynnikami naukowymi, które zarekomendowano jako najbardziej obiecujące kierunki badań w ciągu najbliższych 10–20 lat. Raport zawiera zestaw zaleceń budżetowych dotyczących federalnych inwestycji w badania, amerykańską siłę roboczą techniczną oraz technologię i infrastrukturę niezbędną do dokonania kolejnej generacji przełomowych odkryć związanych z podstawową fizyką i pochodzeniem wszechświata.

Nowa wiedza i nowe technologie utorowały drogę nowym rekomendacjom zespołu. „Bozon Higgsa odkryto przed poprzednim procesem P5, a teraz nasze ciągłe badania tej cząstki znacząco przyczyniły się do tego, co naszym zdaniem może leżeć u podstaw Modelu Standardowego fizyki cząstek elementarnych” – powiedział Murayama. Komunikat prasowy Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego. „Zmieniło się także nasze myślenie o tym, czym jest ciemna materia, zmuszając społeczeństwo do szukania gdzie indziej – we wszechświecie. W 2015 roku zgłoszono odkrycie fal grawitacyjnych. Zmienia się także technologia akceleratorów, przesuwając dyskusję na technologię. Konieczne są prace badawczo-rozwojowe. Aby zbudować zderzacz cząstek nowej generacji.”

Pierwszym zaleceniem dla P5 było dalsze wspieranie istniejącego programu rozpoczętego w poprzednim raporcie P5 z 2014 r., w tym modernizacja detektora i akceleratora Wielkiego Zderzacza Hadronów o wysokiej jasności, co stanowiło pierwszą fazę projektu. DUNE (głęboko podziemny eksperyment z neutrinami) Projekty PIP-II i Obserwatorium Vera Rubin. Kontynuacja małych projektów również uzyskała zgodę komisji, w tym projektów kierowanych przez Berkeley Lab DESI (przyrząd do analizy ciemnej energii) I LZ (eksperyment z ciemną materią LUX-ZEPLIN).).

Drugie zalecenie pięciu krajów dotyczy dużych nowych projektów budowlanych (> 400 milionów dolarów), przy czym najwyższy priorytet nadaje się CMB-S4 (eksperyment z kosmiczną mikrofalą – faza 4), eksperyment nowej generacji realizowany w ramach wspólnego projektu Departamentu Energii i Narodowej Fundacji Nauki, mający na celu precyzyjne mapowanie kosmicznego mikrofalowego tła z niespotykaną dotąd czułością. Berkeley Lab kieruje częścią DOE projektu CMB-S4, w ścisłej współpracy z Uniwersytetem w Chicago, który kieruje częścią NSF. Jak opisano w raporcie, CMB-S4 „to transformacyjny eksperyment CMB nowej generacji, którego początkowe cele naukowe obejmują ambitne cele naukowe polegające na ograniczeniu zakresu energii inflacji i określeniu liczebności cząstek pozostałości świetlnych we wczesnym Wszechświecie. Pomiar całkowitych mas neutrin i badanie fizyki ciemnej materii i ciemnej energii.” „Oprócz bogatego i ekscytującego programu astrofizycznego.” „Cieszymy się, że P5 ponownie potwierdziło znaczenie nauki CMB-S4 i nadało jej najwyższy priorytet na liście nowych dużych projektów” – powiedział Jim Strait, kierownik projektu CMB-S4. „Jesteśmy podekscytowani i zaangażowani w budowę CMB-S4 S4.” -S4 i dostarczanie przełomowych odkryć naukowych.”

Drugim dużym projektem komisji jest przeprojektowana druga faza DUNE — obejmująca trzeci odległy detektor, ulepszony detektor bliski i ulepszony akcelerator w FNAL — który zwiększy moc i zakres DUNE jako laboratorium neutrin. Laboratorium Berkeley Lab planuje kontynuować swoje zaangażowanie w projekt DUNE, kierując obecnie wczesną fazą prac technicznych nad detektorem bliskim i powiązaną infrastrukturą, a także aspektami elektroniki odczytu detektora dalekiego i oprogramowania do analizy danych.

Aby przeprowadzić rygorystyczne badania ostatnio odkrytej cząstki podstawowej, bozonu Higgsa, trzecim priorytetem komisji jest stworzenie wizji znaczącego udziału USA w morskiej fabryce Higgsa, w którą badacze z Berkeley Lab planują wnieść swój wkład w kilku obszarach. Fronty, w tym akcelerator i detektor, w takiej samej formie, w jakiej obecnie przyczyniają się do modernizacji detektora ATLAS i akceleratora LHC o wysokiej jasności. W ramach kontynuacji eksperymentu LZ Berkeley Lab uczestniczy także w propozycji eksperymentu czwartej generacji trzeciej generacji (G3) bezpośredniego wykrywania ciemnej materii, który zostałby opracowany we współpracy z partnerami międzynarodowymi i najlepiej zlokalizowany w Stanach Zjednoczonych Stany.

Trzecim zaleceniem komisji było poprawienie równowagi między projektami na małą, średnią i dużą skalę w portfolio badań w dziedzinie fizyki cząstek elementarnych w USA. Zalecenie to obejmowało wsparcie dla kontynuacji projektu DESI, zwanego DESI-II, jako wskazówki prowadzącej do przyszłego większego badania spektroskopowego przesunięcia ku czerwieni, zwanego Spec-S5, zaproponowanego przez Berkeley Lab i rekomendowanego do finansowania badań i rozwoju. W korzystniejszym scenariuszu budżetowym spodziewano się również rozpoczęcia wcześniejszej budowy Spec-S5. Ponadto P5 zalecił nowy portfel małych projektów, który obejmuje ulepszone wsparcie dla mniejszych eksperymentów z ciemną materią, takich jak Tesserakt, Eksperyment prowadzony przez Berkeley Lab mający na celu poszukiwanie cząstek jasnej ciemnej materii.

Nathalie Palanque Delabroy„Jestem podekscytowany perspektywą realizacji wizji wyznaczonej przez P5” – powiedział dyrektor Wydziału Fizyki Berkeley Lab. „Jako laboratorium wiodące dla DESI, LZ i CMB-S4 mamy bardzo solidny program kosmologiczny, który już obowiązuje.” Mamy przed sobą świetlaną przyszłość dzięki wsparciu rekomendowanych przez niego projektów nowej generacji. „W następnej dekadzie kontynuacja prac w DUNE i przyszłych zderzaczach cząstek będzie również niezbędna w naszych poszukiwaniach wszechświata kwantowego”.

Aby na nadchodzące dziesięciolecia wzmocnić wiodącą rolę kraju w międzynarodowej fizyce wysokich energii, P5 zalecił także amerykańskiej społeczności badawczej zbadanie przyszłych zaawansowanych obiektów, w tym wysokoenergetycznych i opłacalnych. Zderzacz środka masy 10 TeV, motywowane możliwością odkrycia nowej fizyki i wymagające technologii akceleratorów transformacyjnych opartych na protonach, mionach lub potencjalnych technologiach Wakefielda. Zalecenie to obejmuje ocenę potencjalnej lokalizacji tego nowego urządzenia w Stanach Zjednoczonych pod kątem gotowości do budowy głównych obiektów testowych i demonstracyjnych, które w ciągu najbliższych 10 lat udoskonalą kluczową technologię.

W raporcie zawarto zdecydowane wsparcie dla badań i rozwoju potężniejszych akceleratorów, w tym zwiększenie ogólnych prac badawczo-rozwojowych nad akceleratorami, wsparcie dla obiektów testujących akceleratory, ukierunkowane badania zderzaczy, a także aktualizacje kompleksu akceleratorów Fermilab. Zakrojony na szeroką skalę program naukowy Berkeley Lab wspiera każdy z tych kierunków przyszłości tej dziedziny. Laboratorium Berkeley prowadzi Amerykański program rozwoju magnesów, w ramach którego opracowywane są nowe podejścia do technologii magnesów nadprzewodzących, kluczowego elementu każdego przyszłego zderzacza granic energii. Symulacje akceleratorów, takie jak te opracowane przez oddział ATAP Oprogramowanie do modelowania akceleratorów (AMP) to kolejna ważna funkcja, która będzie kluczowa przy projektowaniu przyszłych akceleratorów, takich jak opracowane przez niego systemy sterowania i systemy częstotliwości radiowej Program akceleratora i kontroli przyrządów w Berkeley (BACI)..

Berkeley Lab jest wiodącym ośrodkiem badań nad przyspieszeniem Wakefielda w plazmie laserowej, potencjalnie rewolucyjną technologią akceleratora, która może osiągnąć gradienty przyspieszenia znacznie wyższe niż w przypadku technik konwencjonalnych. W przyszłości planuje się maksymalne wykorzystanie infrastruktury badawczej, m.in Centrum Akceleracji Laserowej w Berkeley Lab (BELLA). W raporcie wskazano jako „opracowywanie zaawansowanych technologii dla maszyn przyszłości ważniejsze niż kiedykolwiek”. Opracuj nowe obiekty testowe, w tym Berkeley Lab Inicjatywa Kabila W przypadku projektów planowany jest ten kontrakt, który jest również identyfikowany jako ścieżka poprawy wydajności i obniżenia kosztów przyszłych akceleratorów.

„Inspirujące możliwości fizyki cząstek elementarnych opisane w raporcie stawiają radykalnie nowe wymagania w stosunku do możliwości akceleratorów” – powiedział Geddes, który również stwierdził. – Higgs Factory odnosi się do złożonych ulepszeń Fermilabu, rewolucyjnej technologii trajektorii protonów, Wakefielda i mionów, a także nowych granic energii zderzacza.