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210亿欧元的超级对撞机!是否会改变人类物理的命运?

2020-06-28 01:40:55托博塔斯知识网
近日,一则消息轰动了科学界:欧洲粒子物理实验室计划研制一台100公里长的机器来揭开希格斯玻色子的秘密!为什么这则消息会让科学界那么兴奋呢?原因很简单,它是人们探索自然、深入观察宇宙微观世界的最佳途径。人们可以通过探索‘粒子对撞机制’的成因,探索‘超对称’超额维度的存在,开发新材料,真正意义上地朝人类的未来迈进!该计划中的未来的环形对撞机(FCC)正是被提

  近日,一则消息轰动了科学界:欧洲粒子物理实验室计划研制一台100公里长的机器来揭开希格斯玻色子的秘密!

  为什么这则消息会让科学界那么兴奋呢?原因很简单,它是人们探索自然、深入观察宇宙微观世界的最佳途径。人们可以通过探索‘粒子对撞机制’的成因,探索‘超对称’超额维度的存在,开发新材料,真正意义上地朝人类的未来迈进!

  

  该计划中的未来的环形对撞机(FCC)正是被提议的粒子加速器,100公里长,这项决定于6月19日获得欧洲核子研究中心理事会的一致赞同,此前该计划已于3月获得一个独立小组的批准。欧洲卓越的粒子物理组织将需要全球的帮助来资助这个项目,预计耗资至少210亿欧元,这将是实验室著名的大型强子对撞机的后续行动。到本世纪中叶,这台新机器将使电子与其反物质伙伴正电子相撞。这项设计将建在瑞士日内瓦欧洲核子研究中心附近的一个地下隧道里,物理学家们将能够研究希格斯玻色子的性质,之后将拥有一台更强大的机器,能够碰撞质子,并一直持续到本世纪下半叶。

  

  如此大工程的对撞机显然无法一蹴而就,这意味着欧洲核子研究中心现在可以在设计对撞机和研究其可行性方面投入大量精力,同时推动后置式对撞机的研发工作,为大型强子对撞机的后续设计提供替代方案,如线性电子正电子对撞机或加速μ子的对撞机。欧洲核子研究所总干事法比奥拉·吉亚诺蒂在表决后对理事会说:“我认为,这是欧洲核子研究所和粒子物理学在欧洲及其他地区的历史性一天。”

  前欧洲核子研究中心主任克里斯·卢埃林·史密斯说,这显然是实验室的“一个分支点”。直到今天,下一代对撞机还有其他几个选择,但欧洲核子研究委员会现在已经发表了一个明确的、一致的声明。英国牛津大学(University of Oxford)物理学家卢埃林?史密斯(Llewellyn Smith)说:“这是一个重大步骤,让欧洲国家说‘是的,这是我们希望发生的事情’。”

  两个阶段

  这项决定发表在一份名为“欧洲粒子物理更新战略”的文件中。它概述了两个发展阶段。首先,欧洲核子研究中心将建造一台电子-正电子对撞机,对撞能量进行调整,以最大限度地产生希格斯玻色子,并详细了解它们的性质。

  

  本世纪后期,第一台机器将被拆除,并由质子质子粉碎机取代。这将达到100万亿电子伏特(TeV)的碰撞能量,而大型强子对撞机(LHC)的碰撞能量为16万亿电子伏特,后者也会碰撞质子,是目前世界上最强大的加速器。它的目标是寻找新的粒子或自然力,并扩展或取代目前的粒子物理学标准模型。最终机器所需的大部分技术尚未开发出来,将成为未来几十年内深入研究的课题。

  中国科学院高能物理研究所(IHEP)所长王一芳说:“我认为这当然是正确的追求方向。欧洲核子研究中心的决定证实了我们的选择是正确的。”欧洲核子研究中心(CERN)提出的新机器在概念上类似于2012年大型强子对撞机(LHC)发现希格斯玻色子后,王建州率先提出的一项中国colllider的计划。与欧洲核子研究中心现在的官方战略一样,王建州的提议还包括,按照大型强子对撞机的模式,在第二阶段可能会安装一台质子对撞机(27公里长的大型强子对撞机环。

  

  在完全支持欧洲核子研究中心循环对撞机的同时,该战略还要求该组织探索参与单独的国际线性对撞机,这一古老的想法一直被日本物理学家所保留。日本仙台东北大学(Tohoku University)的物理学家山本直树(Hitoshi Yamamoto)表示,这种支持令人鼓舞。“我相信,国际法委员会在日本乃至全球采取下一步行动的条件现在已经牢固确立。”

  资助

  欧洲核子研究中心的战略设想,2038年将成为新的100公里隧道和正负电子对撞机建设的开始。在此之前,实验室将继续运行其现有对撞机的升级版本,称为高亮度大型强子对撞机,目前正在建设中。

  但是,在欧洲核子研究中心开始建造新的机器之前,它将不得不在从成员国获得的经常预算之外寻求新的资金。卢埃林·史密斯说,欧洲以外的国家,包括美国、中国和日本,可能需要加入欧洲核子研究中心,组成一个新的全球组织。“几乎可以肯定的是,它将需要一个新的结构,”他说。

  

  这项耗资巨大的计划甚至在物理学界也有反对者。德国法兰克福高等研究所的理论物理学家萨宾·霍森费尔德(Sabine Hossenfelder)认为科学回报(除了测量已知粒子的性质)远不能保证:“我仍然认为这不是一个好主意,现在进行这种研究没有足够的科学潜力。”

  英国利物浦大学(University of Liverpool)物理学家塔拉?希尔斯(Tara Shears)表示,新的对撞机将处于未知领域。尽管大型强子对撞机有一个明确的目标来寻找希格斯玻色子,以及理论家们有充分动机的理由相信在它可以探索的质量范围内可能存在新粒子,但现在的情况不同了。

  无论如何,如果我们的物理理论想要有所质变,那么这台机器将是人类未来物理界突破的基石!

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