Fizica particulelor va deveni din ce în ce mai mult un efort internaţional în deceniile următoare, conform unui comitet însărcinat cu elaborarea unui plan strategic privind viitorul fizicii particulelor în Statele Unite ale cărui mult-aşteptate recomandări au fost publicate astăzi. Conform acestui comitet, priorităţile de vârf ale fizicii particulelor în Statele Unite includ: a) continuarea jucării unui rol principal la Marele Accelerator de Particule din Europa (LHC), b) elaborarea un program mondial privind studiul particulelor neutrino, găzduit în Statele Unite şi c) participarea la dezvoltarea unui viitor accelerator linear, dacă e construit în Japonia.

 

 


Raportul Comitetului pentru Prioritizarea Proiectelor în Fizică recomandă o strategie de urmat de către Statele Unite în domeniul fizicii particulelor.

 

”Statele Unite şi actorii importanţi în alte regiuni pot să abordeze toată gama celor mai urgente probleme ştiinţifice dacă fiecare adăposteşte la el o instalaţie de nivel mondial şi participă în cadrul proiectelor desfăşurate în locaţii de cercetare de nivel înalt din afara teritoriului naţional", au scris membrii comitetului în rezumatul lor destinat conducerii.

Comitetul de Prioritizare a Proiectelor privind Fizica Particulelor format din 25 de membri (P5) a fost însărcinat în septembrie 2013 cu elaborarea unui proiect de plan strategic în domeniul fizicii particulelor pentru următorul deceniu şi după el. P5 raportează Comitetului Consultativ pentru Fizica Energiilor Înalte (HEPAP), un organism format dintre 24 de membri care consiliază oficial Biroul de ştiinţă al Departamentul American de Energie şi Fundaţia Naţională de ştiinţă în domeniul fizicii particulelor.

HEPAP are ca misiune evaluarea recomandările comitetului în timpul unei şedinţe publice ţinută în Bethesda, Maryland.


Raportul lui P5 atinge punctul culminant al unei proceduri care durează de mai bine de un an şi care a început cu întrunirea comunităţii fizicii particulelor din Statele Unite la sfârşitul lui iulie şi începutul lui august 2013 şi s-a terminat cu P5 lucrând în consens pentru crearea unei strategii unificate.

”Comunitatea a fost adânc implicată şi noi îi suntem foarte recunoscători pentru asta”, spune fizicianul Steven Ritz de la Universitatea din California, Santa Cruz, care a condus comitetul P5.

Planul recomandă un program al Statelor Unite care va viza cercetări legate de bozonul lui Higgs, neutrino, materia întunecată, inflaţie, energia întunecată, precum şi particule, interacţiuni şi principii ale fizicii încă nedescoperite.

Pentru a păstra Statele Unite în avangarda cercetării privind fizica particulelor, planul pledează în favoarea investirii unei părţi mai mari din bugetul Departamentului Energiei dedicat fizicii energiilor înalte pentru construcţia unor noi instalaţii dedicate experimentelor, ridicând nivelul de la 16 la 20 până la 25 la sută.

”Acesta e un domeniu propulsat de descoperiri”, spune Ritz. ”Pentru a descoperi, trebuie să construieşti."

Comitetul P5 recomandă să se continue cu o diversitate de proiecte, inclusiv câteva mari instalaţii complementare, despre care comitetul spune că trebuie planificate pentru a se încadra în restricţiile bugetare.

Succesiunea de proiecte mari recomandate este: proiectul de cercetare Mu2e, îmbunătăţiri la Marele Accelerator de Particule de Cern / Elveţia şi un proiect de cercetare pe termen lung privind neutrinii care să aibă sediul la Laboratorul Acceleratorului Naţional Fermi. P5 mai recomandă şi participarea Statelor Unite la dezvoltarea Acceleratorului Linear Internaţional din Japonia, dacă Japonia se hotărăşte să continue construcţia instalaţiei.

Comitetul P5 vede Statele Unite drept gazda unui program internaţional de cercetare privind neutrinii, care va atrage comunitatea mondială de cercetări în acest domeniu, exploatând cel mai puternic fascicul de neutrino din lume şi, cu ajutorul unor parteneri străini, să construiască o instalaţie majoră, completată cu mai multe  proiecte de cercetare de mai mici dimensiuni.

Lansarea acestui program va implica o schimbare de direcţie, totuşi, deoarece comitetul recomandă reformularea actualului Long-Baseline Neutrino Experiment ca un program proiectat, coordonat şi finanţat la nivel internaţional, numit Long-Baseline Neutrino Facility sau LBNF. Programul va folosi un fascicul de neutrino de la Fermilab, perfecţionat prin proiectul Proton Improvement Plan II, un detector de neutrini masiv cu argon lichid aşezat în subteran, probabil situat la Sanford Underground Research Facility, Dakota de Sud şi un detector mai mic aşezat aproape de sursa fasciculului.

Comitetul P5 recomandă direcţionarea resurselor spre o diversitate de proiecte cu costuri medii sau mici.

Planul subliniază necesitatea ca Statele Unite să înceapă imediat câteva proiecte de cercetare de generaţia a doua privind materia întunecată cu perspectiva de a proiecta şi dezvolta cel puţin un proiect mare, de generaţia a treia, în Statele Unite la începutul următorului deceniu.

De asemenea, comitetul recomandă creşterea finanţării componentelor dedicate fizicii particulelor rezultate din cadrul proiectelor de cercetare cosmică. Comitetul recomandă terminarea proiectului Large Synoptic Sky Survey (LSST) şi, dacă se găsesc fondurile necesare, să se construiască Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI). Se recomandă colaborarea cu alte instituţii pentru a finanţa proiecte comune ca CMB-S3, CMB-S4 şi Reţeaua de Telescoape Cherenkov.

Recomandările solicită o schimbare a direcţiei cercetării şi dezvoltării în domeniul acceleratoarelor şi instrumentelor pentru a le alinia mai bine cu priorităţile P5. Raportul spune că aşa cum rezultatele recente au diminuat necesitatea construirii pe termen scurt a acceleratoarelor de miuoni, comitetul recomandă consultarea cu partenerii internaţionali pentru terminarea mai rapidă a proiectului MICE muon-cooling project.

Raportul comitetului propune un plan de acţiune al Statelor Unite cu trei scenarii de finanţare: unul în care finanţarea este constantă timp de trei ani şi apoi creşte cu 3 la sută pe an, unul în care finanţarea e constantă trei ani, apoi creşte cu 2 la sută pe an şi al treilea în care finanţarea nu are niciun fel de restricţii. Cele două scenarii cu restricţii diferă prin cca. 500 milioane de dolari în total pe o perioadă de un deceniu.

”Deşi par mici, aceste diferenţe vor avea un impact foarte mare pe termen lung şi scurt”, spune raportul. ”Prin urmare, creşteri relativ mici în finanţare în scenariul mai optimist produc rambursări foarte mari ale investiţiilor.”

În scenariul cu cel mai mic buget, DESI ar fi tăiat, cercetarea şi dezvoltarea în domeniul acceleratoarelor şi detectoarelor ar fi reduse substanţial, personalul ar fi şi el redus, LBNF ar fi întârziat, capacităţile pentru construirea unui experiment privind materia întunecată ar fi reduse, iar profilul finanţării proiectului Mu2e ar fi schimbat.

”Comitetul a făcut alegeri dure, confruntat cu realitatea bugetelor acordate fizicii particulelor care au scăzut faţă de planul P5 precedent”, spune fizicianul Andrew Lankford de la Universitatea din California, Irvine, care a lucrat cu comitetul P5 în 2008 şi acum lucrează ca preşedinte al HEPAP.

Cu un buget fără restricţii, comitetul P5 recomandă: a) lucrul la un program mult mai extins de cercetare-dezvoltare a acceleratoarelor cu accentul pus pe dezvoltarea unei tehnologii de vârf care să permită descoperiri dincolo de posibilităţile actuale ale LHC şi ILC, b) asumarea unui rol de lider în proiectul detectorului ILC şi furnizarea componentelor esenţiale pentru acceleratorul ILC şi  c) găzduirea unui al doilea detector de neutrini subteran bazat pe efectul Cherenkov pentru a completa detectorul LBNF propus.



Traducere de Alexandru Vilan după proposed-plan-for-the-future-of-us-particle-physics cu acordul editorului