下一代對撞機太燒錢？210億歐元超級對撞機計劃公布

未來環形對撞機的效果圖

　　新浪科技訊 北京時間2月26日消息，據國外媒體報道，歐洲核子研究中心（CERN）於近日公布了建造一個新型加速器的構想，其長度將是大型強子對撞機（Large Hadron Collider，簡稱LHC）的4倍，能量更是LHC的6倍。作為目前世界上最大的對撞機，LHC的長度為27公里。

　　在1月15日公布的技術報告中，位於瑞士日內瓦的歐洲核子研究中心描述了該計劃的藍圖。

　　這份文件給出了建造「未來環形對撞機」（Future Circular Collider，簡稱FCC）的幾個初步設計。建造完成之後，未來環形對撞機將成為有史以來最強大的粒子粉碎機，不同設計方案的建造成本從90億歐元到210億歐元不等。這也是歐洲核子研究中心在「歐洲粒子物理戰略更新」（European Strategy for Particle Physics Update）中的一個公開招標項目。歐洲粒子物理戰略更新於2006年發布，在2013年進行了首次更新，確定了4個最高優先順序的領域，其中就包括新型加速器項目的設計研究。未來兩年內，歐洲粒子物理戰略更新將逐步推進，預計將對粒子物理學領域到本世紀下半葉的未來發展產生重要影響。

　　作為戰略更新計劃物理預備組實驗室的代表，CERN理論部門負責人吉安·弗朗切斯科·朱迪切（Gian Francesco Giudice）說：「這是一次巨大的跨越，就像計劃一場跳過火星，直接前往天王星的旅行。」

　　自從2012年歷史性地發現希格斯玻色子之後，大型強子對撞機還未發現任何新的粒子。朱迪切表示，這意味著我們需要儘可能地提高對撞機的能量。他說：「今天，為了在最基礎水平上破解大自然的奧秘，我們最大的希望是通過這類大膽計划去探索儘可能高的能量。」

　　以色列特拉維夫大學的物理學家哈麗娜·阿布拉莫維奇（Halina Abramowicz）表示，像未來環形對撞機這樣的機器具有「非常令人激動」的潛力。作為歐洲戰略更新計劃的負責人，她補充道，未來環形對撞機的潛力將作為更新計劃的一部分進行深入討論，並與其他擬議項目進行比較。

　　屆時，歐洲核子研究中心理事會（包括來自各成員國的科學家和政府代表）將就是否為未來環形對撞機項目提供資助做出最終決定。

未來環形對撞機項目的主要願景包括在現有LHC隧道（藍色）旁邊挖掘一條100公里長的隧道（紅色）

　　太燒錢？

　　並不是所有人都認為超級對撞機是一項好的投資。「沒有任何理由認為，這種對撞機所達到的能量狀態就一定能帶來新的物理學突破，」德國法蘭克福高等研究院的理論物理學家薩賓·霍森菲爾德（Sabine Hossenfelder）說，「這是所有人心中的噩夢，但都不願意說出來。」

　　霍森菲爾德表示，將該項目所需的龐大資金用於其他類型的大型設施，可能會帶來更大的回報。她舉例說，在月球背面建造一台大型射電望遠鏡，或者在空間軌道上放置一台引力波探測儀，在科學收益方面都可能比對撞機更加安全的投資。

　　領導未來環形對撞機研究的CERN物理學家邁克爾·貝內迪克特（Michael Benedikt）表示，無論預期的科學成果如何，建造一台超級對撞機都是有價值的。他說：「這類最大規模的嘗試和項目，都將極大地促進學術合作，連接世界各地的研究機構。所有這些都是推動這類獨特科學項目的極好論據。」

　　然而，霍森菲爾德表示，其他大型科學項目也可以套用類似的論點。

　　其他的選項

　　根據歐洲核子研究中心的報告，未來環形對撞機的研究始於2014年，共有超過1300名參與者，其資金來源是歐盟委員會的「地平線2020」（Horizon 2020）研究資助計劃。該研究描繪的主要願景包括在現有LHC隧道旁邊挖掘一條100公里長的隧道。CERN表示，該隧道以及地表相關基礎設施的建造成本約為50億歐元。

　　在這樣一條隧道之內，耗資達40億歐元的對撞機將可以粉碎電子及其對應的反物質（正電子），過程中所用的能量可高達365GeV（吉電子伏特）。通過這些碰撞，研究人員可以在比質子-質子對撞機（如LHC）更高的精度下研究已知粒子，如希格斯玻色子。該研究計劃預計於2040年左右啟動，屆時LHC及其目前尚在計劃中的升級版本將完成使命。

　　長期以來，物理學家一直計劃在LHC完成使命後建造一台國際直線對撞機（International Linear Collider，簡稱ILC）。這台對撞機也可以粉碎電子和正電子。日本科學家在2012年開始積極爭取國際直線對撞機項目。但是，由於LHC一直未能發現任何意料之外的現象，從而削弱了建造直線對撞機的必要性。這是因為國際直線對撞機所能達到的能量只足以研究希格斯玻色子，而無法用於發現可能存在於更高能量的任何新粒子——CERN計劃的新對撞機的目標。日本政府將於3月7日決定是否主持國際直線對撞機的建造。

　　在CERN報告中提到的另一個選項是耗資150億歐元、長度約100公里的質子-質子對撞機（又稱為強子對撞機）。這台對撞機將建在與LHC同一條隧道內，能夠達到10萬GeV的能量——遠遠超過LHC的最高能量值（16000GeV）。不過，更可能的情況是首先建造電子-正電子對撞機，到21世紀50年代後期再建造質子-質子對撞機。無論是哪種選項，更高能量的對撞機都將尋找全新的粒子，而這些粒子可能比已知的粒子更大，因而需要更高的能量才能產生。

　　強子對撞機的長度將只比超導超級對撞機（Superconducting Super Collider，簡稱SSC）長15%。20世紀90年代，位於美國德克薩斯州的超導超級對撞機工程因成本原因夭折，當時已經挖掘了22.5公里的隧道。隨著技術的發展，特別是用於控制質子在隧道中改變軌跡的磁鐵技術獲得突破，計劃中的強子對撞機有望能以超導超級對撞機兩倍以上的能量運行。

　　當然，物理學家還有更多的研究和開發工作要做，這也是先建造低能量對撞機的原因之一。「如果我們明天就能準備好一條100公里長的隧道，那我們就可以馬上建造一台電子-正電子對撞機，因為所需的技術已經存在，」朱迪切說，「但是，對於一台100TeV對撞機所需的磁鐵，還需要進行更多的研發工作。」（任天）

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