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欧洲批准210亿美元建造100公里长超大对撞机,欲寻求中美日资金支持

2020-06-26 12:44:03    创事记 微博 作者:   

6月19日,欧洲核子研究中心(CERN)批准210亿美元建造一台超级对撞机。3月份独立小组批准该计划,时隔3个月委员才宣布通过的这一决议。

欧洲核子研究中心(CERN)计划在2038年,开始建造这台100公里长的隧道新机器——未来循环对撞机(FCC),其实是一台正负电子对撞机。

在此之前,实验室将继续运行其目前正在建造的大型强子对撞机(LHC)的升级版本——高亮度LHC。

预计花费210亿美元,需要中美日资金支持

未来循环对撞机(FCC),是继该实验室著名的大型强子对撞机(LHC)后,又一重要项目。

1998至2008年,10年的时间,欧洲核子研究中心(CERN)联合100多个国家的10000多名科学家,上百所大学和实验室,建造了世界上最大、能量最高的粒子对撞机——大型强子对撞机(LHC)。

这台机器建在一条长27公里的隧道中,位于地下175米处,在日内瓦附近,法国和瑞士边境处,同时它也是世界上最大的一台机器。

大型强子对撞机(LHC)的第一次碰撞发生在2010年,能量达到3.5万亿电子伏,大约是之前世界记录的四倍。

欧洲粒子物理组织表示建造未来循环对撞机(FCC)需要全球资助,预计至少花费210亿美元。到本世纪中叶,这台新机器将完成电子与正电子的碰撞。

在欧洲核子研究中心(CERN)开始建造这台新机器之前,它还将向成员国之外的其他国家,寻求资金支持,这其中就包括美国、中国和日本。

前欧洲核子研究中心主任、英国牛津大学物理学家Llewellyn-Smith表示,“美国、中国和日本或许也需要加入欧洲核研究中心(CERN),以形成一个新的全球组织。几乎可以肯定的是,我们确实需要一个新的组织了。”

未来循环对撞机(FCC)将建在位于瑞士日内瓦欧洲核子研究中心(CERN)附近的一条隧道中。物理学家能够通过它,仔细研究希格斯玻色子的性质,

随后,CERN还计划建造一台性能更加强大的机器,让质子对撞,这一计划将持续到本世纪下半叶。

目前这项批准还不是欧洲核子研究中心(CERN)的最终决定,但意味着CERN可以着手开始设计对撞机,并研究其可行性。同时还能推动研究大型强子对撞机(LHC)后续的替代性机器,比如线性正负电子对撞机和加速 μ 介子的对撞机。

2020欧洲粒子物理的两步走战略

这项决定来自于一份文件,《欧洲粒子物理2020战略》,文件概述了两个发展阶段。

第一阶段,欧洲核研究中心(CERN)将建一个正负电子对撞机,利用碰撞产生的巨大能量,让希格斯玻色子能够最大化的产生,同时让物理学家能详细研究这些粒子的特性。

第二阶段,在本世纪晚期,第一台机器将被拆除,用质子-质子加速器取代,它将达到100万亿电子伏(TeV)的碰撞能量。而现在世界上最强大的加速器大型强子对撞机(LHC)虽然可以碰撞质子,但也只能达到16万亿电子伏(TeV)。

第二阶段还有一个目标,寻找新粒子或者自然力,以达到扩展并取代现有粒子物理的标准模型。不过,最终超级机器建造,所需要的大部分技术还有待开发,并且将成为未来几十年深入研究的主题。

研究希格斯玻色子?众科学家对「超级对撞机」褒贬不一

虽然欧洲大型强子对撞机(LHC)有过辉煌时刻,但美国在建造超导超级对撞机(SSC)上是有过痛苦经历的。各国科学家对是否建造超级对撞机持有不同意见。

欧洲核研究组织(CERN)希望通过建造这台100公里长的未来循环对撞机(FCC),揭开希格斯玻色子的秘密,以推动高能物理学的前沿研究。

批评声音认为,这是一项既没有研究前景,又浪费钱的项目。

德国法兰克福高级研究院的理论物理学家萨宾 · 霍森菲尔德(Sabine Hossenfelder)批评了这种追求更高碰撞能量的方法,认为花费数百亿美元做这种研究,无法获得足够的科学回报。“除了测量已知粒子的性能之外,毫无科学潜力。”

科学家们希望研究的这种粒子,就是希格斯玻色子。这种粒子是粒子物理学标准模型中的基本粒子,由希格斯场的量子激发产生,以物理学家彼得·希格斯的名字命名。

1964年,物理学家希格斯和其他五位科学家一起提出了希格斯机制,用来解释为什么粒子具有质量。

希格斯机制的提出意味着希格斯玻色子是存在的。2012年科学家们通过大型强子对撞机(LHC),发现了希格斯玻色子。

2013年,预测出希格斯玻色子的两位物理学家,彼得希格斯和弗朗索瓦·恩格勒希格斯还被授予诺贝尔物理学奖。

英国利物浦大学的物理学家 Tara Shears认为,建造新的对撞机还是未知领域。建造大型强子对撞机(LHC)是因为,理论物理学家们已经预测出在可探索的质量范围内,希格斯玻色子是存在的,因此LHC的建造是有一个明确目标的。

而现在情况已经不同了。“现在我们没有一个同等的、可靠的预测,这使得知道去哪里寻找,以及如何寻找答案,变得更具挑战性,相应的风险也更高。”

而在国内,从2012年发现希格斯玻色子后,关于超级对撞机的讨论从来就没停止过。

2016年,94岁高龄的诺贝尔物理学奖得主杨振宁,公开发表一篇文章《中国今天不宜兴建超大对撞机》。

杨振宁在美国参加一个国际研讨会时说,  “我知道我的同行对我很不满意,说我(的反对)是要把他们这行给关闭掉。可是这个对撞机要花中国200亿美元,我没办法能够接受这个事情。”

杨振宁认为,高能物理的盛宴已过。各个领域的科学技术都在飞快发展,“20世纪后半世纪最红的物理学是高能物理。而上世纪非常红的东西,到这个世纪还继续红下去,是很少有的。为什么不考虑21世纪将要发展的是什么呢?”

当然建造超级对撞机,也获得不少支持的声音。欧洲核子研究中心委员会主任Fabiola Gianotti 认为这项计划为欧洲核研究中心(CERN)勾画了一个光明的未来。

当天决议投票通过后Gianotti表示“这是欧洲核子中心和粒子物理学最具历史性的一天,无论是在欧洲还是世界其他地方。”

中国科学院高能物理研究所所长王贻芳认为这是正确的方向。CERN提出的这台新机器概念和2012年大型强子对撞机(LHC)发现希格斯玻色子后,由王贻芳所长带头提出的中国对撞机的概念相似。王贻芳表示,“欧洲核子研究中心(CERN)的决定证实了我们的选择是正确的。”

(声明:本文仅代表作者观点,不代表新浪网立场。)

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