歐洲批准最強粒子對撞機計劃,造價210億歐元,耗資引爭議

2020-12-03 澎湃新聞

曉查 發自 凹非寺

量子位 報導 | 公眾號 QbitAI

今天，歐洲核子研究中心（CERN）批准一份新文件：計劃在瑞士日內瓦地下隧道中建造一個長達100公裡的圓形超級對撞機，以推動高能物理學的前沿研究。

目前，世界上最大的粒子對撞機——大型強子對撞機（LHC）已經進入暮年，下一步該怎麼辦，CERN給出了新的答案。

計劃建造的新對撞機叫做「未來環形對撞機」（Future Circular Collider，FCC），其長度將是LHC（27公裡）的近4倍，比北京五環還略長，預計耗資至少210億歐元（約合人民幣1660億元）。

按照計劃，FCC將分階段建造。第一階段，FCC將建造一個正負電子對撞機，用於最大程度地製造希格斯玻色子，以研究其更為細緻的性質。

到本世紀後期，第一臺機器將被拆除，並被質子-質子對撞機取代。屆時，質子對撞的能量將達到100TeV，大約是現在LHC（16TeV）的6倍。

雖然建造項目尚未獲得最終通過，但不久後CERN的評估工作將於不久後展開。

CERN將評估FCC的技術與財務可行性，並進行初步地質調查。另外，建造對撞機所需的強磁場超導磁體和其他技術的研發工作也將會推進。

或尋求中美日資金支持

若要啟動FCC的建設，必須要求CERN成員國進行資本投資，並承諾繼續為2050年代的機器運營提供資金。

但是由於花費巨大，在開始建造新對撞機之前，CERN將不得不尋求從成員國之外獲得資金支持。

前CERN總幹事Llewellyn Smith表示，歐洲以外的國家，包括美國、中國和日本可能需要加入CERN來組成一個新的全球性組織。

如果獲得足夠的資金支持，FCC的建造工作將會在十年內開始，整個建造過程將花費10年，這意味著FCC要到2040年代才能投入運營。

研究希格斯玻色子

CERN建造FCC的一個重要目的是研究被稱為「上帝粒子」的希格斯玻色子，正是這種粒子賦予了物體的質量。

此前科學家苦苦尋找了40多年，直到2012年才被現在的LHC通過實驗發現，希格斯也因此獲得了2013年的諾貝爾物理學獎。

但是，LHC的碰撞能量還不夠高，不足以研究希格斯玻色子更詳細的性質。

而對撞能量更高的FCC將用於製造大量的希格斯玻色子，更精確地研究它們如何衰變，這是過去LHC無法實現的。

一些理論認為希格斯粒子可能會衰變成暗物質粒子，暗物質粒子的性質是現代物理學的核心問題之一。

在解決希格斯玻色子的問題後，科學家希望FCC能解決基礎物理學中的其他問題，例如超對稱假說。該假說認為，組成正常物質的亞原子粒子本身具有鏡像或超對稱形式。

然而，LHC尚未觀測到任何暗物質粒子和超對稱假說預言的粒子，更高能量的對撞機或許能幫科學家們找到這些粒子。

質疑

儘管建造FCC的前景誘人，但是有科學家質疑210億歐元造價是否物有所值，這臺超級對撞機能否達到預期的效果。

德國法蘭克福高等研究院的理論物理學家Sabine Hossenfelder認為，除了測量已知粒子的性質之外，是否有其他回報還無法保證，一味追求高能量不可取。

她說：「在某種程度上，我認為這是不負責任的。為什麼我們不把錢投入國際氣候模型或流行病模型上？」

英國利物浦大學的物理學家Tara Shears說，新的對撞機處於未知的領域。過去，LHC有尋找希格斯玻色子的明確目標，但現在的情況有所不同。

對於建造FCC，有反對的聲音，也有贊同的聲音。

一直支持在中國建造大型對撞機的中科院院士、中科院高能物理研究所所長王貽芳就對此表示支持：「我認為這當然是正確的方向。CERN的決定證實我們的選擇是正確的。」

去年，王貽芳和楊振寧進行了一場大論戰。王貽芳提議建造中國建造大型環形對撞機（CEPC），認為建造對撞機可以促進中國的高能物理研究。而楊振寧認為，中國還是個發展中國家，與其花費上千億元的巨資建造對撞機，不如將這些錢用於民生領域。

現在建造FCC更像是一次高風險高回報的科學賭博，問題是，你願意這樣賭一次嗎？

參考連結：

https://www.nature.com/articles/d41586-020-01866-9

https://www.theguardian.com/science/2020/jun/19/cern-poised-to-back-plan-for-20bn-successor-to-large-hadron-collider

https://news.ycombinator.com/item?id=23577124

作者系網易新聞·網易號「各有態度」籤約作者

— 完 —

原標題：《歐洲批准最強粒子對撞機計劃，造價210億歐元，全長100公裡，耗資巨大引爭議》

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