[論文レビュー] Planning the Future of U.S. Particle Physics (Snowmass 2013): Chapter 8: Instrumentation Frontier

M. Demarteau, Lipton, R.+212 more|arXiv (Cornell University)|Jan 23, 2014

Dark Matter and Cosmic Phenomena参考文献 9被引用数 11

ひとこと要約

本論文は、米国素粒子物理学における将来の実験的課題に対応するため、ピクセルセンサ、ASIC、フォトデテクタ、大容量検出器などの主要な技術的フロンティアを特定し、戦略的で長期的な装置開発研究・開発（R&D）プログラムを提唱する。また、高インパクトで予測不能なR&Dを高エネルギー物理学（HEP）および関連分野全体にわたって支援する、国家的「グランドチャレンジ」イニシャチブの実施を提唱している。

ABSTRACT

These reports present the results of the 2013 Community Summer Study of the APS Division of Particles and Fields ("Snowmass 2013") on the future program of particle physics in the U.S. Chapter 8, on the Instrumentation Frontier, discusses the instrumentation needs of future experiments in the Energy, Intensity, and Cosmic Frontiers, promising new technologies for particle physics research, and issues of gathering resources for long-term research in this area.

研究の動機と目的

• エネルギー・インテンシティ・コズミック・フロンティアにおける次世代素粒子物理学検出器開発における技術的・財政的課題の増大に対処する。
• 高い物理学的インパクトと横断的応用性を有する戦略的装置分野を特定・優先順位付けする。
• 若手物理学者の支援と、一般および指向性のあるR&Dに向けた持続的で専用の資金供与を確保することで、米国の科学的基盤を強化する。
• 学術機関、国立研究所、産業界との横断的連携を通じて、高リスク・高リターンの装置開発プロジェクトを支援する国家的イニシャチブを設立する。
• 将来の発見を可能にする基盤技術への投資を通じて、米国素粒子物理学の長期的競争力を確保する。

提案手法

• コミュニティ全体の参加と専門家による分析を通じて、エネルギー・インテンシティ・コズミック・フロンティアの3分野における中心的装置課題を特定する。
• 物理学的インパクト、米国における既存の能力、費用対効果の高い変革的イノベーションの可能性に基づいて、技術分野を優先順位付けする。
• モノリシックピクセルセンサ、LAPPDフォトデテクタ、高速データ取得システムなど、重要な分野における長期的で予測不能なR&Dを支援する国家的「グランドチャレンジ」プログラムを提唱する。
• 材料科学、電子工学、コンピューティング分野の進歩を活用するため、大学、国立研究所、産業界との横断的連携を強調する。
• CPADが課題の定義に参加する形で、3年間の資金供与モデルを実施し、選定されたイニシャチブの提案を審査する。
• 装置開発を、研究者を育成する教育プログラムと統合することで、検出器技術分野における熟練技術者の継続的な人材供給を確保する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 エネルギー・インテンシティ・コズミック・フロンティアの全分野において、将来の発見を可能にするために、どの装置技術が最も重要であるか？
• RQ2 装置分野における国家的・長期的R&Dプログラムは、将来の実験的目標達成のための技術的・財政的障壁をどのように克服できるか？
• RQ3 HEP以外の分野（核物理学、天体物理学、産業界など）との横断的連携は、検出器技術分野における飛躍的進歩をどのように加速できるか？
• RQ4 「グランドチャレンジ」資金供与モデルは、変革的イノベーションを刺激しつつ、科学的厳密性とインパクトを維持できるか？
• RQ5 持続的投資を確保するためには、一般および戦略的装置R&Dに必要な制度的・資金供与の枠組みはどのようなものが必要か？

主な発見

• エネルギー・インテンシティ・コズミック・フロンティアのすべてが、高度な装置技術に依存しており、ピクセルセンサ、ASIC、フォトデテクタ、大容量検出器分野に主な課題が存在する。
• モノリシックピクセルセンサ、LAPPDフォトデテクタ、高速光通信データリンクなど、将来の実験に不可欠な戦略的装置分野が特定された。
• 最小3年間の資金供与期間と提案審査を伴う、高インパクトで予測不能なR&Dを支援する国家的「グランドチャレンジ」プログラムの実施が提唱された。
• 核物理学、天体物理学、産業界との横断的連携が、外部からの技術的進歩を活用するために不可欠である。
• 装置分野に専用で安定した資金供与がなければ、長期的競争力の確保と若手物理学者の育成が困難である。
• 本報告書は、バランスの取れた十分に資金が供与された装置開発プログラムが、米国素粒子物理学の科学的ビジョンを実現する基盤であると結論づけた。