다른 접근 방식으로 초전도 슈퍼 충돌기를 구할 수 있었을까요? – 물리학 세계

다른 접근 방식으로 초전도 슈퍼 충돌기를 구할 수 있었을까요? – 물리학 세계

타임 스탬프 : 23 년 2023 월 6 일 오전 00:XNUMX

마이클 라이어던 미국이 초전도 슈퍼 충돌기를 만들 때 좀 더 보수적인 전략을 따랐다면 입자 물리학의 역사가 달라졌을 수 있다고 주장한다.

기계와 케이블이 있는 대형 지하 터널
터널 비전 텍사스의 초전도 슈퍼 충돌기(Superconducting Super Collider)는 이미 설계와 건설에 약 2억 달러가 투입된 이후 급증했습니다. (제공: DOE)

2년 전 이달 미국 의회는 설계 및 건설에 약 87억 달러가 지출된 초전도 슈퍼 충돌기(SSC)를 종료하기로 투표했습니다. 당시 XNUMXkm 터널 중 거의 XNUMX분의 XNUMX이 이미 완성되었지만 의회의 반대자들은 SSC가 나중에 나사로처럼 죽음에서 일어날 수 없도록 "스파이크"를 설치해야 한다고 주장했습니다. 터널에서 표면까지의 수직 수갱(사진 참조)은 드릴링 폐석으로 최대한 채운 다음 지하수로 채웠습니다.

30년이 지난 지금, 세계 고에너지 물리학계는 궁극적으로 15 TeV보다 훨씬 높은 에너지에서 양성자-양성자 충돌을 달성할 수 있는 유사한 충돌기를 구축하기를 희망하고 있습니다. CERN과 중국에는 이러한 충돌기에 대한 세부 설계가 존재합니다. 그러나 분열되고 반세계화되는 세계에서는 진행에 필요한 가장 중요한 정치적 의지와 국제적 합의가 점점 더 드물어지고 있습니다.

SSC의 실패와 SSC의 성공에서 한 가지 교훈을 얻었다면 LHC (Large Hadron Collider), 그것은 양성자 충돌 에너지의 많은 TeV 규모에서 광범위한 국제 협력이 필수적이라는 것입니다. 이 거대하고 비용이 많이 드는 프로젝트는 매우 다른 접근 방식을 채택했습니다. SSC의 경우, 미국 물리학자들은 다른 국가들이 뒤따를 것이라는 희망으로 리더십 배턴을 장악하려고 했으며 텍사스의 새로운 "그린 필드" 현장에 슈퍼 충돌기를 건설했습니다.

LHC 프로젝트는 유럽 물리학자들이 주도하고 세계적으로 유명한 고에너지 물리학 연구소인 CERN에서 건설된 진정한 국제적 노력으로 캐나다, 인도, 일본, 러시아 및 미국의 기여를 유치했습니다. 그러나 그러한 과정은 많은 동구권 국가들이 민주화하고 세계화하는 세계 경제에 합류하려고 노력했던 탈냉전 시대에 일어났습니다.

거북이와 토끼

CERN의 건설에 대한 보수적인 XNUMX단계 접근 방식 LEP(대전자양성자) 충돌체와 나중에 LHC가 결정적인 역할을 했습니다. LEP에 대한 물리학 연구는 1989년에 시작되었으며, LHC의 강력하고 정교한 초전도 자석을 설계하고 제작하는 더 어려운 작업도 동시에 진행되었습니다. 결과적으로 CERN은 (당시) 너무 미성숙하고 위험한 기술로 인해 SSC에서 고려 대상에서 제외되었던 고급 "XNUMX-in-XNUMX" 초전도 자석 설계를 사용할 수 있었습니다.

돌이켜보면 이러한 XNUMX단계 접근 방식은 거대한 터널을 굴착하고 이를 채우기 위한 자석을 개발하는 방식보다 SSC 건설업체에게 훨씬 더 나은 서비스를 제공했을 것입니다. 동일한 터널에 있는 전자-양전자 충돌기에 대해 수행할 수 있는 물리학 연구가 많이 있었을 것입니다.

실제로 그러한 충돌체에 대한 실험에서는 힉스 보존을 발견하다 세기가 바뀌기 전에 그 거동에 대한 수년간의 후속 연구를 수행했으며 당시의 번거로운 초전도 자석 문제가 해결되고 해결되었습니다.

그러나 1980년대에 SSC가 설계되었을 때 그것이 단지 125 GeV의 질량에서 발생할 것이라고 생각한 이론가는 거의 없었습니다. 대부분은 1 TeV까지 나타나야 한다고 생각했습니다. 따라서 10-20 TeV의 에너지를 갖는 양성자 빔을 충돌시켜야 하는 긴급한 필요성이 있습니다., 입자 또는 기본 입자 질량의 원인이 되는 현상을 확실히 발견하는 것입니다.

이론가들이 그러한 가벼운 힉스 보존이 실제로 가능하지는 않더라도 실제로 가능하다는 것을 이론가들이 인식하기 시작한 것은 1990년대 중반 페르미 연구소의 테바트론에서 질량이 175 GeV인 최고 쿼크가 발견된 이후였습니다. 전 CERN 사무총장에 따르면 크리스 르웰린 스미스1994년부터 1998년까지 연구실을 이끌었던 그들은 질량이 100GeV에 가까울 수 있고 LEP에서 발견될 수도 있다고 생각했습니다.

따라서 SSC 터널이 1993년 이후 스파이크된 것은 불행한 일입니다. 오늘날 그곳에 힉스 공장을 건설하는 것은 상대적으로 간단합니다. 터널을 완성하고 실온 자석을 설치하고 적어도 한 쌍의 대형 입자 탐지기를 구축하면 됩니다. 이는 고에너지 물리학 커뮤니티에 그러한 시설을 달성할 수 있는 실행 가능하고 경제적인 경로를 제공할 것입니다. 이는 오늘날 다른 두 개의 원형 설계처럼 지정학적 및 자금 조달 문제에 직면하지 않는 것입니다..

그리고 돌이켜보면 CERN에서 추구했던 것처럼 TeV 규모에 도달하기 위한 보다 보수적인 다단계 접근 방식이 아마도 페르미 연구소에서 힉스 보손을 발견하는 데 성공했을 것입니다. CERN이 2012년 XNUMX월 발견 발표를 준비하고 있을 때, Fermilab은 XNUMX시그마 결과를 발표했습니다. B-중간자 붕괴 채널에서 2 TeV 양성자-반양성자 충돌기의 오래된 데이터를 사용했습니다.

스탠포드 대학의 물리학자가 이끄는 저명한 과학자 패널이 스탠리 보이치키 1983년에 미국 고에너지 물리학의 미래를 평가하던 중 Fermilab은 4-5 TeV 건설을 제안했습니다. 전용 충돌체 완전히 실험실 경계 내에 있습니다. 돌이켜보면, 특히 훨씬 더 강력한 초전도 자석이 궁극적으로 설치될 수 있었다면 그것은 힉스 보손을 발견하기에 충분했을 것입니다.

그러한 접근 방식은 SSC에서 발생했던 것처럼 미국 군산복합체의 엔지니어에게 통제권을 넘겨주는 대신, 숙련된 가속기 물리학자 팀의 손에 프로젝트 관리를 유지했을 것입니다.

LHC와 SSC의 이야기는 이솝 우화의 전형적인 예입니다. 거북이와 토끼. 거북이는 이번 경주에서도 승리했습니다. 그러나 미국의 입자물리학자들이 이 분야에서 미국의 리더십을 재확립하기 위한 수십억 달러 규모의 텍사스 프로젝트 충돌로 유럽 동료들을 "도약"하려고 하기보다는 TeV 에너지 규모에 도달하기 위한 보다 보수적이고 비용 효율적인 접근 방식을 추구했다면, 고에너지 물리학의 역사는 매우 달랐을 수도 있다.

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