中微子、暗物質和γ射線位居歐洲物理學家未來十年探測太空高能粒子願望清單的前列。這些優先事項被列在2017-2026年的路線圖中，該路線圖由來自14個歐洲國家的資助機構小組於上個月在網上釋出，並將在1月份正式公佈。
二十年前，天體粒子物理學領域幾乎不存在。但是，粒子物理學的一些重大發現——包括在2002年和2015年獲得諾貝爾獎的中微子研究——現在來自於以太空為重點的探測器，而不是透過更傳統的原子撞擊器進行。義大利帕多瓦大學的物理學家安東尼奧·馬西耶羅說，這個領域將物理學的最大尺度和最小尺度聯絡在一起，從宇宙的膨脹到奇異的核衰變：“天體粒子物理學的魅力在於它沒有界限。”
該路線圖是天體粒子物理學歐洲聯盟（APPEC）進行的第二次此類工作，該聯盟旨在協調這個快速發展領域的資助計劃。（歐洲核子研究中心 - 位於瑞士日內瓦附近的歐洲物理實驗室，歐洲南方天文臺和歐洲航天局分別負責該大陸的粒子物理，天文和太空設施。）APPEC要求整個社群提供意見，並在2016年4月在巴黎舉行了一次公開的“城鎮會議”，然後由馬西耶羅主持的專家小組編制了最終檔案。
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基礎設施理想
由此產生的戰略涵蓋了從大型天文臺到桌面實驗的所有內容。在較小的規模上，它敦促資助機構對創新提案持開放態度。但是，當涉及到最大的設施時，馬西耶羅說，該戰略是“資源意識”，即只關注少數幾個專案，並且只需要比目前的資助水平略有增加。阿姆斯特丹荷蘭國家亞原子物理研究所的粒子物理學家，前APPEC主席弗蘭克·林德同意說，這不是一份“聖誕老人清單”。
APPEC認可的大型專案包括立方千米中微子望遠鏡（KM3NeT），這是一個由荷蘭、法國和義大利合作建造的深海光感測器雙陣列。其中一個站點位於法國土倫海岸附近，旨在探測宇宙射線撞擊大氣層產生的相對低能量的中微子，而另一個站點位於義大利西西里島南端附近，旨在捕捉來自外層空間的高能量中微子的訊號，這些中微子在穿過地球后到達這裡。研究人員希望弄清楚這些粒子來自哪裡。
義大利熱那亞大學的物理學家，發言人毛羅·泰尤蒂說，到目前為止，KM3NeT已收到建造全尺寸探測器所需約1.5億歐元（1.77億美元）資金的三分之一。APPEC的批准印章可以幫助它贏得其餘的資金。
另一個獲得支援的主要基礎設施是切倫科夫陣列望遠鏡，這是一個耗資3億歐元的γ射線天文臺，將分別建在西班牙的拉帕爾馬島和智利的阿塔卡馬沙漠的帕拉納爾。兩個光學望遠鏡陣列將尋找高能光子與空氣分子碰撞時在大氣中產生的藍光閃光，從而在天空中形成次級粒子的級聯。
在APPEC也涵蓋的新興引力波天文學領域，首要任務是愛因斯坦望遠鏡（ET），這是一種下一代三重干涉儀，其光束將沿著等邊三角形的三條10公里長的臂執行，而不是當前探測器使用的兩條垂直臂。賓夕法尼亞州立大學帕克大學的物理學家B.S.薩蒂亞普拉卡什說，擬議的ET將像正在建設中的日本干涉儀KAGRA一樣，建在地下，以保護其免受從腳步到落葉的振動的影響，他幫助設計了該干涉儀。
暗物質衝刺
APPEC還希望歐洲加倍努力，發現暗物質，呼籲大幅擴大使用液氬和氙氣罐的實驗，以尋找這些神秘粒子與普通物質原子之間碰撞的痕跡。目前最大的此類探測器包含超過三噸的惰性氣體，但根據路線圖，它們需要大十倍。
這些搜尋押注於暗物質由弱相互作用的大質量粒子或WIMP組成。一些物理學家呼籲對暗物質的“替代”搜尋進行更多投資，例如，尋找被稱為軸子的粒子。伊利諾伊州芝加哥大學的物理學家胡安·科拉爾說，該路線圖是一份“平淡無奇的檔案，顯然是為了不引起任何人的不滿而編撰的”。“如果歐洲專案經理嚴格按照這份路線圖執行，他們將使暗物質領域變成一個思想的沙漠。”
但是，內華達州拉斯維加斯大學的天體物理學家馬里奧·利維奧也呼籲擴大對暗物質的搜尋範圍，他反駁說，集中精力研究WIMP將使歐洲“能夠建立在現有的經驗和設施之上”。總的來說，該路線圖是“非常合理的”，他補充說。“如果按照設想執行該計劃，它將解決天體粒子物理學中一些最令人興奮的問題。”
本文經許可轉載，並於2017年11月16日首次發表。