對撞機領域，誰主沉浮？

今日視點

本報記者 劉 霞

2012年，全球最大的粒子加速器——大型強子對撞機（LHC）發現希格斯玻色子，這一事件在物理學界激起陣陣漣漪，不僅參與的科學家榮膺諾貝爾獎，而且也促使日本科學家積極推動讓該國成為LHC「繼任者」所在地。下一代對撞機將基於LHC取得的成果而建立，並將詳細測量希格斯玻色子以及其他已知或很快「現身」的粒子的屬性。

不過，8月8日起於美國芝加哥舉行的國際高能物理大會（ICHEP）上，科學家們進行的討論表明，他們對於粒子物理學下一步該何去何從並沒有太明確的打算，這在很大程度上取決於LHC是否能揭示超越粒子物理學標準模型的現象，以及中國建造LHC「繼任者」的計劃能否繼續推進。

日本：提議建造國際線性對撞機

當日本科學家提議由該國建造國際線性對撞機（ILC）時，一組國際科學家已畫出了設計草圖。ILC將使正負電子沿著31公里長的軌道進行對撞。相較之下，LHC只有27公里長，並且是讓質子在位於歐洲核子研究中心的一個環形軌道中進行對撞。

由於質子是由夸克組成的複合粒子，因此對撞會產生大量碎渣；而在ILC內發生對撞的粒子是基本粒子，因此，其對撞更清潔且更適於精確測量，有望揭示偏離預期行為的現象，從而揭開超越標準模型的物理學研究。

對物理學家來說，對希格斯玻色子和最重的「頂夸克」展開詳細研究的機會，足以構成建造該設備的理由。人們希望日本文部科學省（MEXT）今年就該國是否建造該設施（將於2030年左右開始實驗）給出明確答覆。但為MEXT提供建議的日本專家組去年表示，研究希格斯玻色子和頂夸克的機會無法單獨成為建造ILC的理由，需要等到原定於2018年進行的LHC首次最大能量運行結束後再做決定。

日本高能加速器研究機構總幹事山內正德（音譯）表示，如果LHC發現了新現象，它們將為ILC的研究添加更多「原料和養分」，並且將大大增強人們建造高精確度對撞機的信心和決心。

美國物理學家一直支持建造一台線性對撞機。山內正德介紹說，由MEXT和美國能源部組成的聯合小組正在討論降低ILC成本的方法。目前，ILC的預估開支為100億美元。雖然最終有可能將開支減少約15%，但在正式同意主導建造ILC之前，日本還需要來自其他國家的資助承諾。

中國：希望研製環形正負電子對撞機

在建造大型對撞機方面，中國科學家也信心滿滿。在發現希格斯玻色子幾個月後，由中科院高能物理研究所所長王貽芳領導的物理學家團隊提出了在本世紀30年代主導建造對撞機的計劃。該對撞機也將獲得來自國際社會的部分資助，並且專註於對希格斯玻色子和其他粒子進行精確測量。

這台50到100公里長的環形正負電子對撞機可能達不到ILC的能量。但它需要製造一個通道，從而使質子—質子對撞機（和LHC類似，但大很多）以更低的成本建造出來。王貽芳在ICHEP上介紹說，他和他的團隊將繼續這一項目的研發工作。目前，他們計劃集中精力提高國際社會對該項目的興趣。

歐洲：忙於提高質子束密度或升級LHC

歐洲核子研究中心（CERN）則打算在未來建造周長為100公里的環形加速器，以7倍於LHC的能量讓質子發生對撞。不過，直到本世紀30年代中期，CERN將會一直忙於提高LHC質子束的密度而非能量。屆時，中國或許已經有了建造一台質子—質子對撞機的合適通道，從而使CERN更難獲得針對「超級LHC」的資助。

CERN總幹事法比奧拉·吉亞諾蒂提出了一個過渡想法：通過在2035年左右安裝新一代超導磁體，使LHC的能量獲得有限的提高——從14兆兆電子伏（TeV）增加到20TeV。如果LHC在14TeV的能量狀態下發現了新的物理學現象，這將不啻為一個好方案。與此同時，其50億美元的開支將由CERN常規預算之外的經費支付。

儘管如此，LHC或者其上面提出的任何「繼任者」都無法保證能發現新物理學，因此，在ICHEP會議上，有科學家表示，龐大的資金是否應該花在其他項目上而非建造日益龐大的加速器上。

比如，美國就將寶壓在中微子而非對撞機上，他們認為，這種「」有望揭示超越標準模型的物理學現象。費米國家加速器實驗室的科學家希望通過主導耗資10億美元的長基線中微子設施（將於2026年開始朝多台探測器發射中微子束）的建設，從而使該實驗室成為全球中微子物理學家們的「聖地」。科學家們打算於2017年從美國國會為這一項目申請資金。

誰會成為這場粒子物理學馬拉松比賽的冠軍，我們拭目以待。

(責編：海聞)

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