歐洲空間局公布了“歐幾里德”空間望遠鏡拍攝的首批彩色圖像，有助于揭示暗物質和暗能量等宇宙奧秘。圖為馬頭星云的彩色圖像。新華社發(fā)（歐洲航天局供圖）
科技日報記者?劉霞
12月初，美國粒子物理學項目優(yōu)先級小組（P5）向美國能源部和國家科學基金委員會提交了一份報告，列出了美國高能物理未來發(fā)展5大優(yōu)先事項。該委員會約每10年召開一次會議，負責向上述兩個美國高能物理研究領域的主要資助機構提供建議。
英國《自然》雜志網站報道指出，這些優(yōu)先事項中，位居榜首的是宇宙微波背景-第四階段（CMB-S4）項目。該項目設想在智利阿塔卡馬沙漠和南極之間建立一個由12個無線望遠鏡組成的陣列，以捕捉宇宙大爆炸后瞬間發(fā)生的物理過程。該報告還支持揭示暗物質究竟是“何方神圣”，探究中微子的起源，并進一步了解希格斯玻色子。報告也建議美國啟動相關研究，驗證繆子對撞機的可行性。
捕捉大爆炸后的“余韻”
CMB-S4的目標是研究宇宙大爆炸后約38萬年產生的輻射。當時宇宙處于混沌狀態(tài)，各種從等離子體“變身”為氣體的粒子在其中翻滾。
CMB-S4上的微波天線將測量輻射到達地球時其電場擺動的角度，由此產生的偏振圖像有望揭示引力波的特征模式。自宇宙大爆炸以來，這些引力波一直在動搖時空結構。雖然宇宙微波背景是目前可探測到的最古老的電磁輻射，但其偏振有助科學家了解更亙古的宇宙往事。
包括歐洲空間局的普朗克空間望遠鏡和位于南極的“第二代宇宙泛星系偏振背景成像望遠鏡”（BICEP2）在內，多個大型項目試圖在宇宙微波背景的偏振圖像中找到原初引力波的“蛛絲馬跡”。天文學家也在阿塔卡馬沙漠建造一系列名為西蒙斯天文臺的碟形望遠鏡，預計2024年中完工。研究人員設想CMB-S4是放大版的西蒙斯天文臺，將于本世紀30年代中期“上崗”。
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國際深地下中微子實驗（DUNE）目前已在緊鑼密鼓的建設當中，預計將于本世紀30年代初竣工。根據計劃，美國費米國家實驗室的一臺加速器產生的中微子，會穿過地殼，被1300公里外的南達科他州利德的桑福德地下研究設施捕獲。
2014年，P5將DUNE項目列為首要融資任務。但此后其命運多舛，成本嚴重超支，促使美國能源部將位于達科他州的探測器的尺寸幾乎減半。P5的新報告提議，讓該探測器回到最初規(guī)劃的尺寸，并升級費米實驗室的設施，將其發(fā)射中微子束的強度提高10倍。
P5的報告還建議擴大“冰立方中微子天文臺（IceCube）”的規(guī)模。IceCube迄今已獲得許多成果：發(fā)現(xiàn)第一個超高能中微子、繪制出第一張銀河系中微子圖等。P5在新報告中建議建造第二代IceCube，將監(jiān)測的冰體積增加10倍，以捕捉更多中微子。該升級版探測器將耗資3.5億美元，有望推進多項中微子研究。
希格斯玻色子工廠有望發(fā)現(xiàn)新物理學
物理學家提出了幾種加速器設計方案，希望借此產生大量希格斯玻色子，并精確測量與其他粒子的相互作用。他們認為，這些研究獲得的結果可能顛覆標準模型，甚至催生全新理論。
目前擬議的希格斯工廠之一是國際線性對撞機，它可能由日本領導建造。歐洲核子研究中心則希望在大型強子對撞機旁建造一個約90公里長的圓形對撞機。P5稱，不管哪個項目建成，美國都應該像對大型強子對撞機那樣作出貢獻。
加大暗物質搜尋力度
許多實驗試圖探測席卷太陽系的暗物質風。這些實驗的想法是：假設的弱相互作用大質量粒子（WIMP）可能偶爾與探測器中的原子碰撞，釋放出閃光。但這些實驗迄今都折戟沉沙。P5建議美國資助一個更大規(guī)模的此類探測器，以獲得最終結論。
目前最有潛力的WIMP探測方法是使用液態(tài)氙，科學家已使用接近10噸氙建造了多款探測器并取得一些研究成果。但P5指出，全面探索WIMP可能需要50噸氙。
論證繆子對撞機可行性
P5提議探索建造能粉碎繆子的對撞機的可行性。目前尚不清楚能否建造出此類機器，P5建議擴大研發(fā)規(guī)模，建造出驗證對撞機。
P5委員會主席、加州大學伯克利分校物理學家村山齊（音譯）在新報告的新聞發(fā)布會上指出，他們目前并不知道繆子對撞機是否可行，但努力實現(xiàn)它會帶來高額回報。此外，報告還建議加強研究使用等離子體加速電子的相關技術，以及對撞機用更先進的磁體。
