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CERN计划建百公里粒子加速器

2020年7月15日7:15 环球解密

    拥有世界上最大粒子加速器的欧洲核研究组织(CERN)在考虑建一个新的、更大的加速器。近日,该组织的理事会宣布就此计划开始一项可行性研究。

    图中的小圆环为目前的大型强子对撞机大圆环为研拟中的全新加速器。(CERN)

    欧洲核研究组织现有的大型强子对撞机(LHC)全长27公里,是世界上最大的粒子加速器。他们考虑新建一个全长80~100公里的加速器,这样的仪器内粒子能达到的最高能量将是现在的7倍。

    欧洲核研究组织总负责人贾尼奥蒂(Fabiola Gianotti)说,这个计划将耗资200亿美元。

    早在2010年,大型强子对撞机启用之前,物理学家就开始讨论下一代加速器该是什么样子。2000年初,讨论的热点集中在一个30公里长的直线加速器,可以将电子加速撞击后产生正电子。科学家认为线型加速器与环形对撞机有很好的互补作用。

    两种加速器各有优势。质子加速器或环形加速器可以达到更高的能量,有希望发现新的重粒子。可是,质子由不同的夸克组成,撞击后情况比较复杂;而电子和正电子为无法再分裂的基础粒子,其撞击情形很清晰。以前,物理学家经常从质子加速器发现新粒子后,再利用电子-正电子加速器展开进一步研究。

    这正是目前科学家构想的大致计划。2012年,LHC撞出了希格斯玻色子——标准粒子模型预测的最后一种粒子。很多研究者期待有一个电子正电子对撞机进行希格斯玻色子研究。如果发现这种粒子的特性与标准模型不一致之处,意味着物理学家必须更新这套已有40年历史的理论模型。据信日本一些物理学家考虑建一个直线型对撞机。

    不过近几年,一些物理学家提出另一个计划,建一个80~100公里长的环形电子-正电子对撞机,用于研究希格斯玻色子。但是这种设计有明显的劣势,电子质量很小,在环形轨道内加速的时候,它们将放出大量X射线,损失能量,将限制粒子能达到的最高能量。

    但是它也有优势,这个隧道以后可用于高能质子对撞实验。其实这正是LHC的历史——在1989至2000年间,LHC作为电子-正电子对撞机,之后才改为质子对撞机。

    目前看来,这是CERN最可能采用的计划,但这还未确定。一些物理学家已经完成了线型对撞机的设计,这样的计划也未被排除。第一阶段的可行性研究将于2026或2027年完成,届时CERN将确定其长期策略。

    当然,这还取决于LHC是否还能找到更新的粒子值得研究,否则,恐怕很难说服欧洲政府耗资200亿美元,就为了研究希格斯玻色子。

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