США должны перехватить инициативу и скоро организовать крупный эксперимент для поиска предполагавшегося типа ядерной порчи, которая возможна, только если неуловимая, почти невесомая частица, названная нейтрино — странно — его собственная античастица. Это – одна из четырех рекомендаций в новом разностороннем плане, развитом американскими ядерными физиками. План, представленный федеральной консультативной группе сегодня в Вашингтоне, округ Колумбия, сообщит планированию в течение ближайшего десятилетия в ядерной программе физики (САМКИ) Министерства энергетики и программе физики (NSF) Национального научного фонда. Если исследователи наблюдают новую порчу — и они надеются начать работу над экспериментом в течение 3 лет — открытие потребовало бы, переписывает учебников в атомной энергии и физике элементарных частиц.
Отчет, единодушно утвержденный Ядерным научным консультативным комитетом (NSAC), немедленно встретился с похвалой от должностных лиц САМКИ. “Это – амбициозный план”, говорит Патрисия Дехмер, исполняющий обязанности директора Офиса САМКИ за $5,1 миллиардов Науки, которая потратит $596 миллионов в этом году на ее ядерную программу физики. “Это основывается на прошлом и смотрит на очень перспективное будущее”.Как ожидалось план также рекомендовал, чтобы американские ядерные физики в конечном счете построили новый коллайдер, тот, который разбил бы луч электронов в луч протонов или более тяжелых атомных ядр.
Но отчет не надел устойчивого графика времени, когда такой коллайдер электронного иона мог быть построен и предположил, что это не могло быть закончено до конца 2020-х самое раннее. Однако, физики и должностные лица САМКИ говорят, что рекомендация — который занял третье место в отчете — все еще известна, потому что это показывает, что американская община объединилась позади понятия строительства такого коллайдера. “Я думаю, что это определяет цель”, говорит Дехмер.Главная рекомендация отчета, однако, для исследователей к первому, полностью эксплуатируют три главных средства, которые уже имеют американские ядерные физики.
Физики в Томасе Джефферсоне, Национальное Сооружение Акселератора в Ньюпорт-Ньюсе, Вирджиния, заканчивает обновление за $338 миллионов их Непрерывного Средства Акселератора Электрона Луча (CEBAF), который они используют прежде всего для исследования внутренней структуры протонов и нейтронов. Физики в Университете штата Мичиган в Ист-Лэнзинге строят для редких лучей изотопа (FRIB) Средства за $730 миллионов, линейный акселератор, что, когда это закончено в 2022, генерирует экзотические ядра и изучит их структуру.
Наконец, с 2000, физики в Брукхевене Национальная Лаборатория в Аптоне, Нью-Йорк, использовала их Релятивистский тяжелый коллайдер иона (RHIC), чтобы разбить ядра, такие как золото вместе и буквально расплавить протоны и нейтроны в аморфную плазму их составляющих — частиц, названных кварком и глюонами — как этот, который заполнил новорожденную вселенную.Новые разносторонние призывы плана к управлению всеми тремя средствами для обозримого будущего, даже RHIC, который является возможно самым близким до конца его жизни. “Что мы действительно говорим, то, что мы хотим управлять RHIC в течение еще 5 – 7 лет”, говорит Дональд Гисэмен, физик в Аргонне Национальная Лаборатория в Иллинойсе и председатель NSAC.Всего 2 года назад, казалось маловероятным, что американские физики будут в состоянии управлять всеми тремя из текущих средств. В 2012, сталкиваясь с перспективой чрезвычайно ограниченного бюджета, САМКА задала работу NSAC с решением, каким средством, CEBAF или RHIC, это пожертвовало бы, если бы это имело к. В следующем январе физики неохотно решили, что, если бы вызвано к выбрал, они решили бы закрыть RHIC.
Однако с тех пор ядерный бюджет физики САМКИ оживился достаточно, что теперь управление этими тремя средствами в концерте выполнимо, даже если бюджет растет только с инфляцией за следующие несколько лет, говорится в сообщении. Те увеличения бюджета отражают, как эффективно сообщество представило свой случай для предотвращения таких сокращений, говорит Тимоти Халлмен, заместитель директора САМКИ ядерной физики.Четвертая рекомендация отчета состоит в том, чтобы вложить капитал в более маленький – и середина проектов масштаба, получивших короткую расправу в последние годы. “Это было правильным решением для получения построенного FRIB”, говорит Гисэмен, но теперь пора исправить курс.
Ясно новейший элемент в плане дальнего действия является требованием переместиться быстро в поиск редкой ядерной порчи, которую называют neutrinoless двойной порчей беты. “Это, конечно, помещает [проект] в различной категории вероятности, чем это было в до этого пункта”, говорит Халлмен.В обычной порче беты нейтрон в ядре, таком как тритий может измениться в протон путем выкладывания электрона и антинейтрино. Некоторые ядра, такие как селен 82, могут выложить два электрона и два антинейтрино в так называемой двойной порче беты. Но в neutrinoless двойная порча беты, только два электрона вышли бы из ядра.
Для этого для случая нейтрино должно было бы быть своей собственной античастицей, поскольку антинейтрино, испускаемое с одним электроном, будет немедленно повторно абсорбировано как нейтрино для вызова эмиссии второго электрона.Если бы нейтрино было своей собственной античастицей, то это был бы единственный стандартный блок вопроса с той собственностью — несмотря на то, что несущие силу частицы как глюон фотона являются своими собственными античастицами.
Это также означало бы, что нейтрино должно будет вложить свою массу, далеко отличающуюся от других частиц вопроса, пригнутых так называемым механизмом Хиггса.Для определения такой редкой порчи — если это существует — физики должны работать далекий метрополитен, где радиоактивный фон является низким, и наблюдать большую сумму ядер, таких как ксенон 136, германий 76, или теллур 130.
Физики во всем мире уже работают над экспериментами с помощью нескольких килограммов такого материала. Но определение порчи, вероятно, проведет эксперимент масштаба тонны, и отчет обращается к США с просьбой начинать строить тот как только 2018. “neutrinoless, двойная арена порчи беты очень конкурентоспособна на международном уровне”, говорит Роберт Маккеаун, физики в Jefferson Lab. “Если США хотят вести, мы не можем ждать”. Эксперимент масштаба тонны, вероятно, будет стоить нескольких сотен миллионов долларов.Выполнение плана может не быть легким.
Это предполагает, что ядерный бюджет физики увеличится на 1,6% выше инфляции каждый из следующих 10 лет — или при абсолютном уровне между 3,5% и 4%. Это – высокий заказ, Дехмер предостерег на встрече консультативной группы. Однако, она отметила, ядерное сообщество физики сделало о том хорошо, так как оно представило свой последний разносторонний план в 2007.
Дехмер верил, что бюджетный успех частично к готовности сообщества охватить такие планы — что-то, что физики в другой области иногда изо всех сил пытаются сделать.