Europa Setter Prioriteter for Jakt Kosmiske Partikler


CXC , Univ. av Wisconsin , Y.Bai. et al. Neutrinos, mørk materie og γ-stråler topp europeiske fysikers ønskeseddel for det neste tiåret av innsats for å fange højenergipartikler fra rommet. Prioritetene er lagt ut i en veikart for 2017-26, som ble lagt ut online i forrige måned av en gruppe finansieringsbyråer fra fjorten europeiske land, før de ble offisielt avduket i januar. For tjue

CXC, Univ. av Wisconsin, Y.Bai. et al.

Neutrinos, mørk materie og γ-stråler topp europeiske fysikers ønskeseddel for det neste tiåret av innsats for å fange højenergipartikler fra rommet. Prioritetene er lagt ut i en veikart for 2017-26, som ble lagt ut online i forrige måned av en gruppe finansieringsbyråer fra fjorten europeiske land, før de ble offisielt avduket i januar.

For tjue år siden eksisterte fakultetet for astropartikkelfysikk knapt. Men noen av de store funnene i partikkelfysikken - inkludert nøytrinoforskning som oppnådde Nobels premier i 2002 og 2015 - kommer nå fra romfokuserte detektorer, i stedet for gjennom det mer konvensjonelle spillestedet for atombrønner. Det er et felt som knytter sammen fysikkens største og minste skala, sier Antonio Masiero, fysiker ved Universitetet i Padua, Italia, fra universets utvidelse til eksotiske typer kjernefysisk forfall: "Astropartikkelfysikkens skjønnhet er at den har ingen grenser. "

Veibeskrivelsen er den andre slik øvelsen av det europeiske konsortiet Astroparticle Physics (APPEC), som har som mål å samordne finansieringsplaner for dette raskt voksende feltet. (CERN-Europas fysikklaboratorium i nærheten av Genève, Sveits - European Southern Observatory og European Space Agency gjør dette for kontinentets partikkelfysikk, astronomi og rombaserte anlegg.) APPEC ba om innspill fra hele samfunnet og holdt en åpne "bymøte" i Paris i april 2016 før et panel av eksperter, som ble ledet av Masiero, samlet det endelige dokumentet.

Infrastruktur idealer

Den resulterende strategien dekker store observatorier helt ned til tabellen eksperimenter. På mindre skalaer oppfordrer det finansieringsorganer til å være åpne for innovative forslag. Men når det gjelder de største anleggene, er strategien å være "ressursbevisst", sier Masiero: fokuserer på bare noen få prosjekter og krever bare en beskjeden økning over dagens finansieringsnivå. Det er ikke en "Santa Claus list", enig Frank Linde, en partikkelfysiker ved det nederlandske instituttet for subatomic fysikk i Amsterdam og tidligere APPEC-stol.

Blant de store prosjektene som APPEC støtter, er det kubiske Kilometer Neutrino Telescope (KM3NeT), et dobbelt utvalg av dyplys sensorer bygges av et hovedsakelig nederlandsk, fransk og italiensk samarbeid. Et område utenfor Toulons kystlinje, er designet for å oppdage relativt lave energi nøytriner produsert av kosmiske stråler som rammer atmosfæren, mens den andre, utenfor den sørlige spissen av Sicilia, Italia, vil sikte på å få signaturen til den høyeste -energi nøytriner kommer fra verdensrommet, etter at de har reist gjennom Jorden. Forskere håper å finne ut hvor disse partiklene kommer fra.

Hittil har KM3NeT mottatt en tredjedel av de rundt € 150 millioner (USD 177 millioner) i finansiering det ville trenge for å bygge fullstørrelsesdetektoren, sier talsmann Mauro Taiuti, fysiker ved Universitetet i Genova, Italia. APPEC-stempelet på godkjenning kan hjelpe det til å vinne resten.

Et annet stort stykke infrastruktur som oppnådde støtte var Cherenkov Array Telescope, et € 300 millioner y-ray observatorium som skal deles mellom Spanias La Palma Island og Paranal, i Chiles Atacama-ørken. De to arrays av optiske teleskoper vil søke blinker av blått lys produsert i atmosfæren når en høy energi foton kolliderer med et molekyl av luft, og skaper en kaskade av sekundære partikler over himmelen.

I det eksploderende feltet av gravitasjonsbølge-astronomi, som APPEC dekker også, er den store prioriteten Einstein Telescope (ET), et neste generasjons trippelinterferometer som vil ha lysbjelker som løper langs tre 10 kilometer lange armer i en like-sidig trekant, i stedet av de to vinkelrette armene som gjeldende detektorer bruker. Som det japanske interferometeret KAGRA, som nå er under bygging, vil den foreslåtte ET bli bygget under jorden for å beskytte den mot vibrasjoner som spenner fra fotspor til fallende blader, sier BS Sathyaprakash, fysiker ved Pennsylvania State University i University Park, som bidro til å designe den.

Dark-matter dash

APPEC ønsker også at Europa skal doble ned på eksisterende innsats for å oppdage mørk materie, og krever en dramatisk oppskalering av eksperimenter som bruker tanks av flytende argon og xenon, for å lete etter spor av kollisjoner mellom disse mystiske partiklene og atomer av vanlig materie. De største slike detektorer inneholder nå mer enn tre tonn av de edle gassene, men i henhold til veikartet må de være ti ganger større.

Disse søkene satse på teorien om at mørkt materie består av svakt samvirkende massive partikler, eller WIMPs. Noen fysikere har bedt om mer investering i "alternative" søk etter mørk materie, for eksempel å lete etter partikler som kalles axions. Veibeskrivelsen er et "vanilje-dokument, klart redigert for ikke å romme noen fjær", sier Juan Collar, fysiker ved University of Chicago i Illinois. "Hvis europeiske programansvarlige følger denne veikartet til brevet, vil de forvandle mørkefeltet til en ørken av ideer."

Men Mario Livio, en astrofysiker ved Universitetet i Nevada i Las Vegas, som også har bedt om å utvide søket etter mørkt materie, vil diskere som konsentrerer innsatsen på WIMPs, tillate Europa å bygge videre på eksisterende erfaring og fasiliteter. Totalt sett er veikartet "veldig rimelig", legger han til. "Programmet, hvis utført som forutsatt, vil ta opp noen av de mest spennende spørsmålene i astropartikkelfysikken."

Denne artikkelen er reprodusert med tillatelse og ble først publisert 16. november 2017.