歐洲批准210億美元建造100公裡長超大對撞機,欲尋求中美日資金支持

2020-12-05 騰訊網

新智元報導

來源：nature

編輯：永上

【新智元導讀】6月19日，歐洲核子研究中心委員會初步通過一項決議，要建立一個造價210億美元的超級對撞機，進一步探究希格斯玻色子的性質。

6月19日，歐洲核子研究中心（CERN）批准210億美元建造一臺超級對撞機。3月份獨立小組批准該計劃，時隔3個月委員才宣布通過的這一決議。

歐洲核子研究中心（CERN）計劃在2038年，開始建造這臺100公裡長的隧道新機器——未來循環對撞機(FCC)，其實是一臺正負電子對撞機。

在此之前，實驗室將繼續運行其目前正在建造的大型強子對撞機（LHC）的升級版本——高亮度LHC。

預計花費210億美元，需要中美日資金支持

未來循環對撞機(FCC)，是繼該實驗室著名的大型強子對撞機（LHC）後，又一重要項目。

1998至2008年，10年的時間，歐洲核子研究中心（CERN）聯合100多個國家的10000多名科學家，上百所大學和實驗室，建造了世界上最大、能量最高的粒子對撞機——大型強子對撞機（LHC）。

這臺機器建在一條長27公裡的隧道中，位於地下175米處，在日內瓦附近，法國和瑞士邊境處，同時它也是世界上最大的一臺機器。

大型強子對撞機（LHC）的第一次碰撞發生在2010年，能量達到3.5萬億電子伏，大約是之前世界記錄的四倍。

歐洲粒子物理組織表示建造未來循環對撞機（FCC）需要全球資助，預計至少花費210億美元。到本世紀中葉，這臺新機器將完成電子與正電子的碰撞。

在歐洲核子研究中心（CERN）開始建造這臺新機器之前，它還將向成員國之外的其他國家，尋求資金支持，這其中就包括美國、中國和日本。

前歐洲核子研究中心主任、英國牛津大學物理學家Llewellyn-Smith表示，「美國、中國和日本或許也需要加入歐洲核研究中心（CERN），以形成一個新的全球組織。幾乎可以肯定的是，我們確實需要一個新的組織了。」

未來循環對撞機（FCC）將建在位於瑞士日內瓦歐洲核子研究中心（CERN）附近的一條隧道中。物理學家能夠通過它，仔細研究希格斯玻色子的性質，

隨後，CERN還計劃建造一臺性能更加強大的機器，讓質子對撞，這一計劃將持續到本世紀下半葉。

目前這項批准還不是歐洲核子研究中心（CERN）的最終決定，但意味著CERN可以著手開始設計對撞機，並研究其可行性。同時還能推動研究大型強子對撞機（LHC）後續的替代性機器，比如線性正負電子對撞機和加速 μ 介子的對撞機。

2020歐洲粒子物理的兩步走戰略

這項決定來自於一份文件，《歐洲粒子物理2020戰略》，文件概述了兩個發展階段。

第一階段，歐洲核研究中心（CERN）將建一個正負電子對撞機，利用碰撞產生的巨大能量，讓希格斯玻色子能夠最大化的產生，同時讓物理學家能詳細研究這些粒子的特性。

第二階段，在本世紀晚期，第一臺機器將被拆除，用質子-質子加速器取代，它將達到100萬億電子伏（TeV）的碰撞能量。而現在世界上最強大的加速器大型強子對撞機（LHC）雖然可以碰撞質子，但也只能達到16萬億電子伏（TeV）。

第二階段還有一個目標，尋找新粒子或者自然力，以達到擴展並取代現有粒子物理的標準模型。不過，最終超級機器建造，所需要的大部分技術還有待開發，並且將成為未來幾十年深入研究的主題。

研究希格斯玻色子？眾科學家對「超級對撞機」褒貶不一

雖然歐洲大型強子對撞機（LHC）有過輝煌時刻，但美國在建造超導超級對撞機（SSC）上是有過痛苦經歷的。各國科學家對是否建造超級對撞機持有不同意見。

歐洲核研究組織（CERN）希望通過建造這臺100公裡長的未來循環對撞機（FCC），揭開希格斯玻色子的秘密，以推動高能物理學的前沿研究。

批評聲音認為，這是一項既沒有研究前景，又浪費錢的項目。

德國法蘭克福高級研究院的理論物理學家薩賓 · 霍森菲爾德(Sabine Hossenfelder)批評了這種追求更高碰撞能量的方法，認為花費數百億美元做這種研究，無法獲得足夠的科學回報。「除了測量已知粒子的性能之外，毫無科學潛力。」

科學家們希望研究的這種粒子，就是希格斯玻色子。這種粒子是粒子物理學標準模型中的基本粒子，由希格斯場的量子激發產生，以物理學家彼得·希格斯的名字命名。

1964年，物理學家希格斯和其他五位科學家一起提出了希格斯機制，用來解釋為什麼粒子具有質量。

希格斯機制的提出意味著希格斯玻色子是存在的。2012年科學家們通過大型強子對撞機（LHC），發現了希格斯玻色子。

2013年，預測出希格斯玻色子的兩位物理學家，彼得希格斯和弗朗索瓦·恩格勒希格斯還被授予諾貝爾物理學獎。

英國利物浦大學的物理學家 Tara Shears認為，建造新的對撞機還是未知領域。建造大型強子對撞機（LHC）是因為，理論物理學家們已經預測出在可探索的質量範圍內，希格斯玻色子是存在的，因此LHC的建造是有一個明確目標的。

而現在情況已經不同了。「現在我們沒有一個同等的、可靠的預測，這使得知道去哪裡尋找，以及如何尋找答案，變得更具挑戰性，相應的風險也更高。」

而在國內，從2012年發現希格斯玻色子後，關於超級對撞機的討論從來就沒停止過。

2016年，94歲高齡的諾貝爾物理學獎得主楊振寧，公開發表一篇文章《中國今天不宜興建超大對撞機》。

楊振寧在美國參加一個國際研討會時說， 「我知道我的同行對我很不滿意，說我（的反對）是要把他們這行給關閉掉。可是這個對撞機要花中國200億美元，我沒辦法能夠接受這個事情。」

楊振寧認為，高能物理的盛宴已過。各個領域的科學技術都在飛快發展，「20世紀後半世紀最紅的物理學是高能物理。而上世紀非常紅的東西，到這個世紀還繼續紅下去，是很少有的。為什麼不考慮21世紀將要發展的是什麼呢？」

當然建造超級對撞機，也獲得不少支持的聲音。歐洲核子研究中心委員會主任Fabiola Gianotti 認為這項計劃為歐洲核研究中心（CERN）勾畫了一個光明的未來。

當天決議投票通過後Gianotti表示「這是歐洲核子中心和粒子物理學最具歷史性的一天，無論是在歐洲還是世界其他地方。」

中國科學院高能物理研究所所長王貽芳認為這是正確的方向。CERN提出的這臺新機器概念和2012年大型強子對撞機（LHC）發現希格斯玻色子後，由王貽芳所長帶頭提出的中國對撞機的概念相似。王貽芳表示，「歐洲核子研究中心（CERN）的決定證實了我們的選擇是正確的。」

參考連結：

https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_3385455

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