長100公裡,花210億歐元,研究上帝粒子的超級對撞機要來了

2020-12-03 消防工程師獨門口訣

歐洲核子研究組織已朝建設100公裡長的圓形超級對撞機邁出了重要一步,以推動高能物理學的前沿。

獲得認可

該計劃於3月獲得獨立小組批准後,於6月19日獲得歐洲核子研究委員會(CERN)理事會的一致認可。歐洲傑出的粒子物理組織將需要全球幫助為該項目提供資金,該項目預計將耗資至少210億歐元,並將是該實驗室著名的大型強子對撞機的後續行動。

到本世紀中葉,新機器將與電子的反物質夥伴——正電子碰撞。這個超級對撞機將在歐洲核子研究組織位於瑞士日內瓦的地下隧道中建造,將使物理學家能夠研究被稱為上帝粒子的希格斯玻色子的性質,並隨後容納一臺更強大的機器。

批准尚未最終通過。但這意味著CERN現在可以投入大量精力來設計對撞機並研究其可行性,同時推動針對大型強子對撞機後續方案的替代設計(例如線性電子-正電子對撞機或可加速介子的對撞機)的後燃器研發工作。

投票後,歐洲核子研究組織總幹事法比奧拉·賈尼奧蒂說:「我認為這對歐洲和歐洲以外的歐洲核子研究組織和粒子物理學來說是歷史性的一天。」

兩個階段

該決定來自今天批准的一份文件,稱為《歐洲粒子物理戰略更新》。它概述了發展的兩個階段。首先,歐洲核子研究組織將建立一個電子-正負對撞機,對碰撞能量進行調整,以最大程度地產生希格斯玻色子,並詳細了解其性質。

在本世紀後期,第一臺機器將被拆除,並以質子-質子粉碎機取代。與大型強子對撞機的16 TeV碰撞時,碰撞能量將達到100太電子伏特(TeV),它也與質子發生碰撞,目前是世界上最強大的加速器。

它的目標是尋找新的粒子或自然力,並擴展或替換當前的粒子物理學標準模型。

資金之旅

歐洲核子研究組織的戰略將2038年作為新的100公裡隧道和電子-正電子對撞機建設的開端。在此之前,實驗室將繼續運行其目前正在建造的名為高光度LHC的對撞機的升級版。

但是,在歐洲核子研究組織(CERN)開始建造新機器之前,它將不得不尋求從成員國收到的正常預算之外的新資金。

這項耗資巨大的計劃甚至會損害物理學家的注意力。德國法蘭克福高等研究院的理論物理學家薩賓·霍森費爾德就認為,除了測量已知粒子的性質之外,科學回報還無法保證,因此追求更高的能量。霍森費爾德說:「我仍然認為這不是一個好主意。」

英國利物浦大學的物理學家塔拉·希爾斯說,這種新的對撞機將處於未知的領域。大型強子對撞機有尋找希格斯玻色子的明確目標,以及理論家有充分動機的理由認為,它可能探索的質量範圍可能有新的粒子,但現在的情況有所不同。「我們現在沒有一個等效的,堅如磐石的預測-這使得知道在哪裡以及如何尋找答案更具挑戰性和更高的風險。」

她說,儘管如此,「我們確實知道,找到答案的唯一方法是通過實驗,而找到答案的唯一地方是我們尚未能夠找到的地方。」

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