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素粒子物理学プロジェクト優先順位付けパネル（P5）は、さまざまな資金調達シナリオに基づいて、今後10年間の素粒子物理学研究への米国の投資計画を勧告する任務を負う科学諮問委員会です。P5は、エネルギー省科学局と国立科学財団に奉仕する高エネルギー物理学諮問委員会（HEPAP）の臨時小委員会です。2014年には、カリフォルニア大学サンタクルーズ校のスティーブン・リッツが委員長を務めました。[ 1 ] 2023年には、カリフォルニア大学バークレー校の村山仁が委員長を務めました。[ 2 ]
2013年、HEPAPは、今後20年間の世界的分野における予想される発展を踏まえ、研究の優先事項を評価するためのパネル（P5）を招集するよう依頼されました。高エネルギー物理学の3つの資金調達シナリオに基づいて勧告を行うことになっていました。[ 3 ]
2014年5月、2008年以来初のP5レポートが発表された。2014年のレポートでは、素粒子物理学コミュニティ内での1年間にわたる議論から得られた、資金配分の優先順位を決定するための目標である5つの「科学的推進要因」が特定された。これらの科学的推進要因は以下のとおりである。[ 4 ]
5 つの科学的推進要因を追求する中で、2014 年の報告書は、より広範な資金状況に関係なく、2014 ～ 2023 会計年度に多額の投資に値する 3 つの「優先度の高い大規模カテゴリー」プロジェクトを特定しました。それは、高輝度大型ハドロン衝突型加速器 (ヨーロッパのCERNにある大型ハドロン衝突型加速器の提案されたアップグレード)、国際線形衝突型加速器(おそらく日本に設置される予定の電子陽電子衝突型加速器)、および長基線ニュートリノ施設 (イリノイ州のフェルミラボとサウスダコタ州のホームステーク鉱山に建設される予定の長基線ニュートリノ実験(後に深部地下ニュートリノ実験と改名) の拡張)です。[ 5 ]
これらの大規模プロジェクトに加え、報告書では、Mu2e実験、第2世代および第3世代の暗黒物質実験、大型シノプティックサーベイ望遠鏡（LSST）の素粒子物理学コンポーネント、宇宙マイクロ波背景放射実験、および多数の小型ニュートリノ実験など、短期的な投資収益が見込める多数の小規模プロジェクトも特定した。
報告書では、優先順位の大幅な変更についていくつかの提言がなされた。具体的には以下の通りである。[ 4 ]
委員会は、検討された資金調達シナリオの中で最も保守的なものでも、必要な支援要素を維持しながら米国が主要な素粒子物理学プロジェクトを主催する能力を危うくするだろうと強調した。[ 4 ]
2014年のP5演習の目標は、プロジェクト資金提供のための科学的に正当化されたロードマップを議会に提供することであった。5年後の2019年、エネルギー省科学局は次のように宣言した。[ 6 ]「議会の歳出予算はP5に対する強い支持を反映している。歳出報告書の文言は、P5報告書戦略の作成と実行におけるコミュニティの努力を一貫して認めている」そして「P5は大成功を収めた」。2016年から2020年にかけて、高エネルギー物理学（HEP）の予算は8億ドル未満から10億ドル以上に増加した。[ 7 ]
しかし、高エネルギー物理学コミュニティのメンバーは、資金の増加が主にプロジェクトに向けられ、P5によって支援されていたコア研究および技術プログラムへの資金が3億6100万ドルから3億1600万ドルに減少したことを懸念した。[ 7 ] 2020年、高エネルギー物理学諮問委員会（HEPAP）が作成したP5で定義されたプログラムの進捗状況の評価では、次のように結論付けられている。[ 8 ]「過去5年間の投資はプロジェクトの構築に重点が置かれてきたが、P5計画の成功裡の実行を継続するためには、[高エネルギー物理学]予算の構成要素のバランスを取ることが根本的に重要となる。新たに構築された実験の運用には、科学的目標を達成するために十分な支援が必要である。[高エネルギー物理学]研究プログラムも、実験の構築、運用、およびデータ解析の各段階を通じて計画を完全に実行し、将来のための基盤を築くために強力な支援が必要である。」
2022年時点で、2014年のP5で優先事項として特定された「大規模プロジェクト」のいくつかは、スケジュールが大幅に遅れたり、コストギャップの影響を受けたりしており、以下のようなものが含まれる。
P5プロセスは2023年春に実施され、 2022年夏に最終決定された2021年スノーマスプロセスの結果に基づいて行われた。[ 14 ] 2021年スノーマス調査では、P5が対処しなければならない、この分野に対する2つの存亡の危機が特定された。
これらの主要な問題に加えて、P5は2014年よりも統一されていない分野にも直面しました。これは、Scientific American誌のSnowmass 2021の結果に関するレポートのタイトル「物理学者たちは将来の計画をめぐって団結するのに苦労している」によって強調されています。[ 15 ]この分野のメンバーの中には、統一した意見を表明するプレッシャーが議論を阻害していると表明した人もおり、ある物理学者はPhysics Today の記者に「人々が議論しなかった大きな問題がある」と述べています。[ 16 ]パネル議長の村山仁氏は、この問題を認識しており、P5レポートの成功には「コミュニティの賛同が鍵となる」と述べています。[ 18 ]
2023年のP5のメンバーは2022年12月に発表され、カリフォルニア大学バークレー校の村山仁氏が代表に就任した。 [ 2 ] [ 19 ] [ 20 ]
2014年と同様に、2023年のP5メンバーは全員素粒子物理学者と加速器物理学者であり、プロジェクト管理を専門とするメンバーはいなかった。[ 19 ]このため、委員会は「悪夢のシナリオ」への対応を評価するのに適した立場にあった。しかし、このため、委員会に提供されたコストとスケジュールに関する情報が確かな根拠に基づいているかどうかをメンバーが評価することが困難になった。この専門知識の不足が、2014年のP5がLBNF/DUNEのコストとスケジュールの危機を予見できなかった理由であり、2023年のP5が「SSCシナリオ」を回避することを困難にするだろう。
エネルギー省科学局のレジーナ・ラメイカ氏は、2022年12月8日に高エネルギー物理学諮問委員会で行われたプレゼンテーションで、 P5の任務[ 21 ]を要約した[ 22 ]。この任務はP5に以下のことを求めている。
プロジェクトの優先順位は、エネルギー省 (DOE) と国立科学財団 (NSF) からの 2 つの資金提供シナリオで検討されていました。[ 23 ]物理学者によって「厳しい」と評された最初のシナリオでは、DOE と NSF の高エネルギー物理学予算が毎年 2% 増加すると想定されていました。2 番目のシナリオでは、2022 年のCHIPS および科学法[ 24 ]から全額資金提供を受け、高エネルギー物理学の予算が毎年 3% 増加すると想定されていました。P5 は、加速器を稼働させるためのエネルギーコストの上昇を含む運用コストを考慮するように求められました。[ 23 ]
2023 年を通して、P5 は招待講演や「タウンホール」形式での依頼講演を含む会議を通じてコミュニティから意見を受け取った。国立研究所で 4 回の会議が開催された。[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]また、2 回のバーチャル タウンホールも開催された。[ 29 ] [ 30 ]会議のトピックは、スノーマス研究で定義されたトピックの範囲全体にわたる物理学の目標、大学と研究所ベースの研究のバランス、若手科学者の機会、および一般へのアウトリーチの必要性を網羅していた。
2023 年秋、P5 パネルは、フェルミラボの科学者が率いる HEPAP 国際ベンチマーク小委員会から意見を受け取った。[ 31 ]この報告書[ 32 ]は、国際的な文脈で DOE が支援する科学の評価の一連のもののうちの 1 つである。報告書では、高エネルギー物理学と他の物理学コミュニティとの違いが明らかになっている。たとえば、引用は科学的影響を測定するための不適切な指標であると報告書は述べている。報告書で述べられている 2 つの点は、P5 の検討事項に特に関連している。[ 32 ] 1) 米国は「選ばれるパートナー」になることを優先すべきであり、2) 米国は健全な「科学的エコシステム」を維持するためにさまざまな規模のプロジェクトと目標を必要としている。
ベンチマークレポートの主な成果は、「米国は、予算の予測不可能性やコミュニケーション不足などにより、必ずしも信頼できるパートナーと見なされておらず、国内の[高エネルギー物理学]プログラムの欠点が米国のリーダーシップを危うくしている」というものであった。[ 31 ]レポートでは、1993年の超伝導超大型加速器の中止、2008年のスタンフォード線形加速器センターのB物理プログラムの突然の終了、フェルミラボのテバトロンプログラムの突然の終了とそれに続く加速器の即時解体により、国際社会は米国がプロジェクトを完了できるという信頼を失っていると強調した。[ 31 ] DUNEプロジェクトに直接言及することなく、この勧告は、DUNEがP5によって突然中止された場合、国際協力に潜在的に悪影響を及ぼす可能性を指摘した。
ベンチマークレポートの2つ目の主要な提言は、加速器物理学など、米国の技術が遅れている分野を特に強化するために選ばれた、小規模から大規模まであらゆる規模のプロジェクトプログラムを維持する必要性に焦点を当てたものでした。[ 31 ]これは、P5タウンホールで表明されたコミュニティからの要望を反映したものでした。
2023年12月、2023 P5レポートが発表された。[ 33 ]そこに含まれる提案は、標準模型への挑戦を含む素粒子物理学の現在の懸念事項をよりよく理解することを目的としており、重力、ブラックホール、暗黒物質、暗黒エネルギー、ヒッグス粒子、ミューオン、ニュートリノなどを扱う研究が中心となっている。 [ 34 ] [ 35 ]
2023年のP5報告書では、3つの科学的推進要因が特定され、それぞれに2つの実験的アプローチが示された。
「ニュートリノの謎を解明し、ヒッグス粒子の秘密を明らかにする」ことを通じて「量子領域を解読する」[ 33 ]
「物理学における新たなパラダイムを探求する」ために「新たな粒子の直接的な証拠を探し、新たな現象の量子的な痕跡を追求する」[ 33 ]
「暗黒物質の性質を解明し、宇宙の進化を推進するものを理解することによって、隠された宇宙を照らす」[ 33 ]
目標声明に続く勧告は、スノーマス・プロセスで得られた勧告と、前述の国際ベンチマーキング・パネルの勧告を反映したものであった。
特に、勧告1では「予算シナリオに関係なく、最優先事項として、[資金提供機関は]建設プロジェクトを完了し、進行中の実験や研究の運営を支援して、最大限の科学を可能にする必要がある」と述べられている。[ 33 ]これは、ベンチマークパネルが指摘したように、進行中の素粒子物理学プロジェクトが突然中止される可能性に対するコミュニティ全体の懸念を反映している。P5レポートは、2014年と2023年のP5レポートの間でコストが急増し、2027年に稼働予定の競合するハイパーカミオカンデプロジェクトに遅れをとっているDUNEプロジェクトのストーリーをコントロールしようとした。[ 35 ] P5は、2031年にデータ取得を開始するためのプロジェクト資金の軌道を維持するために、DUNEフェーズIのビーム出力の妥協とDUNEフェーズIIアップグレードの削減を提案した。
DUNE の問題にもかかわらず、P5 はミューオン コライダーと呼ばれる新しいメガ プロジェクトに着手することを推奨した。[ 33 ]粒子物理学の研究のためにミューオンを加速して衝突させることは、電子陽電子コライダーに比べて理論的には優位性があるが、実際的な観点からは未検証で困難な新しい方向性を示している。報告書には次のように記されている。「ミューオン コライダーが最終的に実現可能かどうかはわからないが、その道はフェルミラボの現在の強みと能力から、一連の陽子ビームの改良とニュートリノビーム施設へとつながり、それぞれが世界クラスの科学を生み出しながら、ミューオン コライダーに向けた重要な研究開発を行っている。その道の終わりには、米国本土に比類のないグローバルな施設がある。これが我々のミューオン ショットである。」[ 33 ] 10 TeV ミューオン コライダーの費用は報告書では見積もられていない。
この報告書は、宇宙論と天体物理学を素粒子物理学の一分野として新たに重視することを提唱した。[ 33 ] P5は、8億ドルのCMB-S4実験を新規プロジェクトのリストの最上位に置いた。[ 35 ]また、報告書は、南極にあるアイスキューブ・ニュートリノ観測所の拡張計画の重要性を強調し、いかなる予算シナリオにおいてもこの新規プロジェクトへの資金提供を推奨した。
P5は、実施に関して異例なほど具体的な勧告の中で、「アジャイル実験による科学技術の進歩」（ASTAE）という新しいプログラムを導入した。[ 33 ]これは、粒子物理学で総費用が5000万ドル未満と定義される「小規模」実験を支援するようコミュニティから求められたことへの対応である。他のプログラムとは異なり、この勧告ではASTAEに年間3500万ドルを投資するよう求めている。この勧告は、国際ベンチマークパネルが指摘した懸念を再び反映したものである。
アメリカ物理学会、フェルミ国立加速器研究所、SLAC研究所は、P5レポートに対するコミュニティの賛同を組織した。[ 36 ] 1月15日現在、賛同者の数は2602人の米国人科学者であった。賛同者のうち、37%は終身在職権を持つ教員または研究室の科学者、9%は終身在職権を持たない教員または研究室の科学者、16%はポスドク研究員、20%は大学院生であり、残りはその他のカテゴリーであった。賛同者の地理的分布は、フェルミ国立加速器研究所があるイリノイ州とSLACがあるカリフォルニア州に大きく偏っていた。
2023年のP5レポートの発表からわずか6か月後、優先順位1位と6位の新規プロジェクトであるCMB-S4とIceCube-Gen2は、NSFが南極基地のインフラを早急に更新する必要にすぐ対応するよう求めたことで、大きな後退に直面した。[ 37 ]これに対し、NSFは2020年代末まで新規プロジェクトの設置を停止した。[ 38 ]南極のインフラへの短期的なアクセスがなかったため、NSFとDOEは、P5の指導部からの強い抗議と500人の国際チームからの訴えにもかかわらず、共同機関のCMB-S4プロジェクトを中止した。[ 39 ] 2020年代後半に設置を開始する予定のIceCube-Gen2プロジェクト[ 40 ]は、インフラの改修により遅延する可能性がある。