大型強子對撞機是當今世界上最強大的粒子加速器，論能量和物理學前沿的研究能力，它確實無人能及。但這一切榮耀都只是過眼雲煙，在2035年左右，這個17英裡長的強子對撞機就將會退役，那之後怎麼辦呢?
世界各地的競爭勢力現在都在爭先恐後地爭取資金支持，好確保他們的對撞機理念成為下一個接班LHC的重大科研儀器。預印本平臺arXiv在8月13日發表的一篇論文中描述了其中一個設計理念，理念中的對撞機被稱為緊湊型直線對撞機(CLIC, Compact Linear Collider)，這個擬議中的大型亞原子超電磁炮看起來很有希望。希格斯玻色子的真正性質是什麼?它和頂夸克有什麼關係?我們能在標準模型之外找到一些物理學的其他任何線索嗎?CLIC或許能夠回答這些問題，但它需要一臺比曼哈頓還要長的粒子對撞機。
亞原子的直道加速賽
大型強子對撞機(LHC)會將一些被稱為強子的重粒子撞擊在一起(你體內也有一堆強子，質子和中子就是這個微觀家族最常見的代表粒子)，在大型強子對撞機上，強子會在一個巨大的圓圈裡一圈又一圈地旋轉，在速度接近光速的時候撞擊在一起。大型強子對撞機的能量是地球上任何其他設備都無法比擬的，這確實很令人印象深刻，但整個撞擊過程卻顯得有點混亂，畢竟強子只是一些聚集在一起的粒子，它裡面包含著更小、更基本的東西，當強子破碎的時候，它們的這些「內臟」就會散落一地，這就讓分析變得非常複雜。
相比之下，CLIC的設計要更簡單、更乾淨、更精準。CLIC將會使用電子和正電子這兩種輕重量基本粒子代替強子。這臺加速器將沿著一條直線加速粒子，長度從7英裡到31英裡(11公裡到50公裡)不等，這取決於最終的設計。
但所有的這些好事都沒那麼快發生。按照目前的計劃，在2035年，也就是大型強子對撞機逐漸退役的時候，第一代CLIC將會以3800千兆電子伏(GeV)運行，這還不到大型強子對撞機最大功率的三十分之一。事實上，即使是CLIC目前的終極運行能力目標，3萬億電子伏特(TeV)，也不到大型強子對撞機目前能力的三分之一。
那麼，如果一個先進的新一代粒子對撞機無法超越我們現在的粒子對撞機，那它的存在又有什麼意義呢?
希格斯獵人
對此，CLIC給出了這樣的答案，與其更努力地工作，它可以更聰明地工作。
大型強子對撞機的主要科學目標之一是就尋找希格斯玻色子，這是一種科學家們一直在尋找的粒子，它能把自己的質量借給其他粒子。在20世紀80年代和90年代，當時大型強子對撞機還在設計當中，而且我們並不確定希格斯粒子是否真的存在，我們也不知道它的質量和其他性質是什麼。因此，我們必須建立一個比較通用的儀器，它必須可以研究多種可能發現希格斯玻色子的相互作用，而我們後來也確實做了一個這樣的儀器(即LHC)。
現在，我們已經知道希格斯玻色子是真實存在的了，所以我們大可以將對撞機的研究範圍縮得更窄一些。這樣做的話我們就能夠製造儘可能多的希格斯玻色子，收集更多有趣的數據，更多地了解這種神秘又基本的粒子。
接下來說的可能會是你這周遇到的最奇怪的物理術語了：Higgsstrahlung，是的，你沒看錯。粒子物理學中有一個叫做軔致輻射的過程，一堆熱粒子擠在一個小盒子裡的時候就會產生這種獨特的輻射。通過類比，當你以高能量將一個電子撞向一個正電子時，它們會相互毀滅，爆發大量能量和產生新的粒子，其中就有一個Z玻色子和一個希格斯玻色子，這就是Higgsstrahlung。
在3800千兆瓦的電子伏(GeV)條件下，CLIC就是一個產生Higgsstrahlung的巨大工廠。
頂夸克
基於對探測器和粒子碰撞的複雜模擬，波蘭華沙大學(University of Warsaw)物理學家、CLIC合作項目成員亞歷山大·菲利普·扎內基(Aleksander Filip Zarnecki)在最新的論文中解釋了該設施設計的最新情況。
藉助CLIC，科學家們希望在一個乾淨、易於研究的環境中可以儘可能多地產生希格斯玻色子，這樣我們就能對這種粒子有更多的了解：希格斯粒子只有一個嗎?它們會相互作用嗎?希格斯玻色子與亞原子物理學主流理論標準模型中所有其他粒子的相互作用有多強?
同樣的原理也適用於頂夸克，頂夸克是人類最不了解和最稀有的夸克。你可能沒怎麼聽說過頂夸克，因為它有點孤僻——它是最後一個被發現的夸克，而且我們也很少見到它。但即使是在初始階段，CLIC也將會生產大約100萬個頂夸克，這可以為科學家們提供大型強子對撞機和其他現代對撞機都無法提供的統計能力。有了這樣的基礎，CLIC的研究小組希望可以研究頂夸克衰變的過程，頂夸克的衰變過程也很少發生，但當你有了一百萬個頂夸克，你也許就能學到一些什麼東西。
但這還不是CLIC的全部目標。當然，更加充分地了解希格斯玻色子和頂夸克是一回事，但CLIC的巧妙設計還使其突破了標準模型的邊界。到目前為止，大型強子對撞機在尋找新粒子和新物理方面都空手而歸，雖然它還有許多年的時間，但隨著時間的推移，新發現的希望正在逐漸減少。
而通過產生無數希格斯玻色子和頂夸克，CLIC可以尋找新物理學的線索。如果存在某種未知粒子或相互作用的話，這種未知粒子或相互作用就會微妙地影響希格斯玻色子和頂夸克的行為、衰變過程和相互作用。CLIC甚至還可能會產生暗物質粒子(暗物質是一種看不見的神秘物質，它改變著宇宙天體的軌跡)，但該設施無法直接看到暗物質，因為它本來就是看不見的，不過物理學家可以發現在撞擊事件中消失的能量或動量，如果確實有能量或者動量莫名其妙地消失的話，那麼這些跡象就非常明確地表明撞擊中確實發生了一些古怪的事情。
沒人知道CLIC可能會發現什麼，但無論如何，如果我們想繼續了解宇宙中的已知粒子、並發現一些新粒子的話，我們就必須要超越現在的大型強子對撞機。
本文來源前瞻網，轉載請註明來源。本文內容僅代表作者個人觀點，本站只提供參考並不構成任何投資及應用建議。（若存在內容、版權或其它問題，請聯繫：service@qianzhan.com） 品牌合作與廣告投放請聯繫：0755-33015062 或 hezuo@qianzhan.com