美国发布5个大型物理研究优先项目

近日，美国粒子物理学家宣布了未来5到10年的研究愿景，并发布报告《探索量子宇宙：粒子物理学创新和发现的途径》。这份由粒子物理项目优先小组（P5）编写的报告，详细介绍了美国未来应该优先资助的5个高能物理研究项目。

P5是美国国家科学院的一个小组，主要负责给美国资助高能物理研究的两个主要机构——能源部（DOE）和国家科学基金会（NSF）提供建议。

排名第一的优先项目是宇宙微波背景（CMB）第四阶段项目，即CMB-S4。该项目计划在智利的阿塔卡马沙漠和南极之间建设一个由12台射电望远镜组成的阵列，目的是寻找大爆炸后瞬间物理过程的间接证据。到目前为止，这些过程大多是推测性的。

其他4个优先项目包括研究来自太空以及在实验室制造的中微子实验、有史以来最大的暗物质探测器和研究希格斯玻色子的大型粒子对撞机。

报告还强烈建议美国不间断地资助正在进行的实验，其中包括大型强子对撞机（LHC）的第一次重大升级，这将使欧洲核子研究中心的对撞机一直运行到本世纪30年代。

这5个优先项目是从去年在西雅图举行的斯诺马斯会议提出的建议中选出的。

值得一提的是，首选项目CMB-S4的目标是研究宇宙大爆炸后大约38万年产生的辐射。微波天线将测量CMB的极化，即大多数辐射电场到达地球时摆动的角度。物理学家希望由此得到的极化图能揭示引力波产生的特征模式。CMB可以探测到最古老的电磁辐射，它的极化可以提供一个了解更早时代的窗口。

包括欧洲普朗克太空望远镜和位于南极的BICEP2望远镜在内的多个大型实验，都试图在CMB的极化中找到原始引力波的迹象。在阿塔卡马沙漠，天文学家正在建造一个名为西蒙斯天文台的阵列，预计将于2024年年中完工。研究人员将CMB-S4设想为西蒙斯天文台的放大版，将在本世纪30年代中期开始观测。

此外，深部地下中微子实验（DUNE）已经在建设中，预计将于本世纪30年代初完成。

在2014年进行的上一次优先排序工作中，P5将当时估计耗资19亿美元的DUNE列为需要资助的新项目的首要任务。此后，该项目的建设一直受到严重延误和成本超支的影响，这促使DOE将南达科他州探测器的规模缩小了近一半。即使在这个缩小的版本中，该项目耗资也预计将超过30亿美元。

许多物理学家认为，DUNE的科学依据仍然令人信服。P5正在倡导第二阶段使探测器达到预期尺寸，并升级实验室，使其微子束的强度增加10倍。

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