在南达科他州一座前金矿地下 1 公里多的地方，一名工人帮助挖掘隧道和腔室，以安装一个巨大的中微子探测器。桑福德地下研究设施/CC BY-NC-ND 4.0分享：
推特链接在Facebook红迪网微信电子邮件官员们本月告诉物理学家，为应对成本超支问题，能源部 (DOE) 决定分两个阶段建设美国的下一个大粒子物理实验。这一决定意味着这个大型项目——实际上是两个相互交织的项目，称为长基线中微子设施 (LBNF) 和深地下中微子实验 (DUNE)——要到 2030 年代中期而不是本十年后期才能按其原始规格完成，并且其已经膨胀的成本将进一步增加。
但研究人员表示，调整后的计划应该最早在 2029 年运行精简版的 LBNF/DUNE。美国能源部负责高能物理的副主任吉姆·西格里斯特(Jim Siegrist)通过视频制定了计划，他说，有了这个时间表，该实验仍有机会在关键的中微子测量上击败日本的竞争对手 Hyper-Kamiokande (Hyper-K) 3 月 16 日，在名为 Snowmass 进程的社区规划活动中。“DOE 认为 LBNF/DUNE 仍有机会获得第一，”Siegrist 在一封电子邮件中写道。
费米国家加速器实验室 (Fermilab) 的中微子物理学家、1400 名 DUNE 合作项目的联合发言人 Regina Rameika 表示，参与该项目的物理学家提出了粘性的变化。“我们都在同一个页面上，关于什么是第一位的，什么是第二位的，”她说。但西班牙能源、环境和技术研究中心的 DUNE 物理学家 Inés Gil-Botella 表示，日程安排的延长带来了挑战。“我们需要更加努力，尽可能减少第一阶段和第二阶段之间的任何延误，”她说。修订后的计划清楚地表明，目前 30 亿美元的成本估算——几乎是原来的两倍——现在仅适用于第一阶段。
几乎无质量且很少与其他物质相互作用的中微子分为三种类型——电子、μ子和 tau——取决于它们是如何产生的。当粒子以近光速飞驰时，一种类型可以变形为另一种类型。为了研究这些中微子振荡，物理学家可以将粒子加速器产生的一束μ子中微子发射到数百公里外的巨大探测器，该探测器计算到达的μ子中微子以及沿途出现的电子中微子。
LBNF/DUNE 会从费米实验室向 1300 公里外位于南达科他州铅市废弃的 Homestake 金矿的探测器发射一束强烈的 μ 子中微子束。充满寒冷液态氩的新型 DUNE 探测器将以前所未有的细节捕捉中微子和原子核的碰撞。除了将物理学家的中微子振荡理论进行酸测试外，它还将寻找电荷宇称 (CP) 违例，即中微子和反中微子振荡之间的不对称性，这有助于解释宇宙如何产生比反物质更多的物质。
在争吵了十年之后，美国物理学家在 2013 年的斯诺马斯大会上围绕该实验团结起来。一年后，美国能源部的粒子物理项目优先级小组 (P5) 将其命名为新的国内旗舰项目。2015 年，美国能源部接受了 P5 愿景：一项国际资助的实验，将有一个目标质量至少为 40,000 吨的液氩探测器、由数兆瓦质子束驱动的中微子束，以及费米实验室的一个更小的探测器来监测传出的光束。美国能源部估计，这将花费不到 19 亿美元，并在 2028 年完成。但矿山的整修和开挖导致成本上升并延误了进度。
现在，Siegrist 表示，该项目将开始规模较小，在南达科他州的一个探测器仅包含四个计划中的氩模块中的两个，目标总质量不超过 24,000 吨。费米实验室的质子束功率将限制在 1.2 兆瓦，实验室的探测器会更简单。完成第一阶段后，能源部可能会在升级过程中追求更大的探测器和更好的光束，可能耗资数亿美元。
仅通过第一阶段，LBNF/DUNE 应该能够测量 CP 违规。但日本 Hyper-K 的物理学家表示，他们将在 2028 年开始采集数据，比 LBNF/DUNE 早一年。Hyper-K 将由一个 70 米高、装满 260,000 吨超纯水的地下圆柱形水箱组成。大约 40,000 个光电管将捕捉到东海 295 公里的日本质子加速器研究中心发射的中微子与水相互作用时产生的独特闪光。
谢菲尔德大学的 Hyper-K 物理学家 Matthew Malek 说，日本的工人已经开始挖掘。他说，鉴于日本对日程安排的态度相对保守，这个日期很可能会成立。“在这个阶段，DUNE 真的不可能在 Hyper-K 之前启动，”他说。但明尼苏达大学双城分校的沙丘物理学家马文·马沙克不会提前让步。“在过去的 50 多年里，我学到的一件事就是不要高估你的竞争对手，”他说。
Hyper-K 和 DUNE 还将寻找来自超新星爆炸的中微子和质子可以衰变的迹象。Gil-Botella 说，DUNE 的最终目标是探测物理学家的三种中微子类型模型，以足够精确地判断它是否在一定程度上分解，这可能是新粒子和新力的证据。她说，出于技术原因，Hyper-K 将难以做到这一点。
美国能源部已要求物理学家权衡新斯诺马斯工艺第二阶段的科学案例和随后的 P5 优先级，这可能让怀疑者有机会质疑整个项目是否值得更高的成本。曾参与斯诺马斯组织的匹兹堡大学理论家陶涵预测，美国物理学家将重申他们对此的支持。“我们将得到社区的支持，以实现我们的最终目标，”他说。
Malek 想知道新计划是否是 DOE 所说的第一阶段就是它将建立的全部内容的方式。“当你在多个阶段构建某个东西时，超越第一阶段的可能性更小，”他说。布鲁克海文国家实验室的 DUNE 物理学家 Mary Bishai 对此有不同的解读：“Jim Siegrist 说‘去斯诺马斯，然后带着第三和第四个探测器模块的计划回来。’” 他没有说，‘我们已经完成了。’”
这个问题是在美国项目不断变化的时候出现的。费米实验室是美国唯一的专门粒子物理实验室，在奈杰尔·洛克耶于 2021 年 9 月宣布他将下台后，费米实验室正在物色新主任——美国能源部在其年度绩效评估中未能通过该实验室的三个月前，部分原因是 LBNF 存在问题/沙丘。3 月 31 日，现年 69 岁的 Siegrist 将在领导 DOE 高能物理项目 10 年后退休。随着美国粒子物理学进入波涛汹涌的水域，目前尚不清楚谁将掌舵。
