(要闻)欧洲欲建新对撞机 身价昂贵引争议
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未来环形对撞机(艺术地图)图片来源:自然网站
据英国杂志《自然》在官网的报道,欧洲核研究中心(CERN)15日公布了一项雄心勃勃的计划——建造一个新的加速器,其长度是27公里长的大型强子对撞机(lhc)的4倍,是世界上最强大的对撞机,其最大能量将是lhc的6倍。欧洲核中心希望这种新设备能够发现新的粒子,带来新的物理。
据报道,拟议中的新设备被称为“未来环形对撞机”(fcc)。根据对撞机的类型,费用大概在90亿到210亿欧元之间。不管怎样,一旦建成,联邦通信委员会将成为有史以来最强大的粒子对撞机。
欧洲核中心理论部负责人弗朗西斯科·吉登斯(Francisco Giddens)说:“这是一个巨大的飞跃,不是因为我们计划去火星,而是因为我们计划去天王星。”
联邦通信委员会将寻找新的粒子
2012年,lhc发现了震惊世界的希格斯玻色子,但此后没有发现任何新粒子。吉登斯说,这表明我们需要尽可能多地增加碰撞能量,“像联邦通信委员会这样的大胆项目将帮助我们在最基本的层面上解决一些自然之谜”。
以色列特拉维夫大学的物理学家哈利娜·阿布拉莫维奇说,联邦通信委员会的潜力是“令人兴奋的”,他们将深入讨论它,并将其与其他拟议的项目进行比较。
根据欧洲核中心的报告,fcc的研究始于2014年,欧盟委员会的Horizon 2020项目也为其提供了资金支持。
根据最新报道,最有可能的情况是在目前的大型强子对撞机隧道旁边挖一条100公里长的隧道。挖掘隧道和建造其他相关基础设施的费用约为50亿欧元,然后在这个隧道里建造一台价值40亿欧元的正负电子对撞机。这台对撞机可以以365gev的速度粉碎电子及其反物质正电子,从而比lhc更精确地研究希格斯玻色子等已知粒子。这项新研究计划在2040年左右开始。
长期以来,物理学家一直在计划为大型强子对撞机(lhc)寻找继任者——建造一个国际直线对撞机(ilc),它也能让电子与正电子碰撞。2012年,日本科学家提议领导该设施的建设。然而,自从希格斯玻色子出现以来,lhc一直在寻找新的粒子“空手拉手”,所以建造ilc的计划目前处于危险之中,因为ilc只能到达足以研究希格斯粒子的能量场,却找不到任何更高能量的粒子(但欧洲核中心计划的fcc有望实现这一点)。3月7日,日本政府将决定是否继续领导ilc的建设。
最新报告中提出的另一个选择是建造新一代质子-质子对撞机(所谓强子对撞机),造价150亿欧元,长度100公里。它的能量可以高达10万gev,远高于lhc的最大能量16000gev。
但更有可能的是先建造一个电子-正电子对撞机,然后在50年代后期建造新一代质子-质子对撞机。
欧洲核中心的报告指出,无论哪种方式,能量更高的对撞机都会寻找全新的粒子,这些粒子可能比已知粒子更重,因此需要更多的能量来产生。
同时,报告还强调,虽然相关技术已经取得了很大的进步,但是建造这样的机器仍然有很多困难。所以有人认为更合理的路径是先造能量更低的机器。吉登斯说:“如果明天100公里的隧道准备好了,我们就可以马上开始建造正负电子对撞机,因为这项技术已经基本存在;然而,碰撞能量高达100兆电子伏的对撞机所需的磁体需要更多的研究和开发工作。”
昂贵的价格引发争议
当然,也不是所有人都觉得超级对撞机是个好投资。德国法兰克福高级研究所的理论物理学家萨宾·霍森菲德(Sabin Hosenfeld)说:“没有理由相信新物理学会出现在fcc能达到的最高能量领域。”
此外,霍森菲德指出,建造这台对撞机所需的大量资金将用于其他大型设施,这可能会带来更丰厚的回报。比如在月球的远端放置一个重要的射电望远镜,或者在其轨道上放置一个引力波探测器。
然而,欧洲核中心负责联邦通信委员会报告的物理学家迈克尔·贝·内迪克特(michael bay Nedeckert)表示,无论预期的科学成就和回报如何,这样的设施都值得建设。"这些最大的工作和项目是连接不同国家和科研机构的桥梁."
中国的尝试
中国高能物理研究所所长王表示,他不怀疑欧洲核中心能够实现这样一个项目。“欧洲核中心有着悠久的成功历史、技术能力、管理技能以及与政府的良好关系。”
目前,王正在中国领导一个类似的项目。他说,中国和欧洲的科学目标和技术可行性基本相同。而且普遍认为先进行电子-正电子碰撞,再建造强子对撞机。
据《自然》网站报道,建造强子对撞机的大部分额外费用来自超导磁体和保持磁体低温的氦低温系统。用于强子碰撞的fcc将需要使用由超导合金nb3tn制成的16特斯拉磁体;目前,中国正在开发更先进但不成熟的铁基超导体,可以在更高的温度下工作。王说:“如果你能在20开尔文做到这一点,你将获得巨大的回报。”
尽管粒子物理学家同意世界需要一个100公里的对撞机,但还不清楚是否需要两个对撞机。这种情况下,哪一方会领先。
王说,每个对撞机都将向更广泛的国际组织和团体开放进行实验,所以从科学的角度来看,无论哪一方最终都将建造这样的设备,这将有利于科学。(记者刘霞)
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