下一代对撞机太烧钱？210亿欧元超级对撞机计划公布

据国外媒体报道，欧洲核子研究中心（CERN）于近日公布了建造一个新型加速器的构想，其长度将是大型强子对撞机（Large Hadron Collider，简称LHC）的4倍，能量更是LHC的6倍。作为目前世界上最大的对撞机，LHC的长度为27公里。

在1月15日公布的技术报告中，位于瑞士日内瓦的欧洲核子研究中心描述了该计划的蓝图。

这份文件给出了建造“未来环形对撞机”（Future Circular Collider，简称FCC）的几个初步设计。建造完成之后，未来环形对撞机将成为有史以来最强大的粒子粉碎机，不同设计方案的建造成本从90亿欧元到210亿欧元不等。这也是欧洲核子研究中心在“欧洲粒子物理战略更新”（European Strategy for Particle Physics Update）中的一个公开招标项目。欧洲粒子物理战略更新于2006年发布，在2013年进行了首次更新，确定了4个最高优先级的领域，其中就包括新型加速器项目的设计研究。未来两年内，欧洲粒子物理战略更新将逐步推进，预计将对粒子物理学领域到本世纪下半叶的未来发展产生重要影响。

作为战略更新计划物理预备组实验室的代表，CERN理论部门负责人吉安·弗朗切斯科·朱迪切（Gian Francesco Giudice）说：“这是一次巨大的跨越，就像计划一场跳过火星，直接前往天王星的旅行。”

自从2012年历史性地发现希格斯玻色子之后，大型强子对撞机还未发现任何新的粒子。朱迪切表示，这意味着我们需要尽可能地提高对撞机的能量。他说：“今天，为了在最基础水平上破解大自然的奥秘，我们最大的希望是通过这类大胆计划去探索尽可能高的能量。”

以色列特拉维夫大学的物理学家哈丽娜·阿布拉莫维奇（Halina Abramowicz）表示，像未来环形对撞机这样的机器具有“非常令人激动”的潜力。作为欧洲战略更新计划的负责人，她补充道，未来环形对撞机的潜力将作为更新计划的一部分进行深入讨论，并与其他拟议项目进行比较。

届时，欧洲核子研究中心理事会（包括来自各成员国的科学家和政府代表）将就是否为未来环形对撞机项目提供资助做出最终决定。

▲未来环形对撞机项目的主要愿景包括在现有LHC隧道（蓝色）旁边挖掘一条100公里长的隧道（红色）

太烧钱？

并不是所有人都认为超级对撞机是一项好的投资。“没有任何理由认为，这种对撞机所达到的能量状态就一定能带来新的物理学突破，”德国法兰克福高等研究院的理论物理学家萨宾·霍森菲尔德（Sabine Hossenfelder）说，“这是所有人心中的噩梦，但都不愿意说出来。”

霍森菲尔德表示，将该项目所需的庞大资金用于其他类型的大型设施，可能会带来更大的回报。她举例说，在月球背面建造一台大型射电望远镜，或者在空间轨道上放置一台引力波探测仪，在科学收益方面都可能比对撞机更加安全的投资。

领导未来环形对撞机研究的CERN物理学家迈克尔·贝内迪克特（Michael Benedikt）表示，无论预期的科学成果如何，建造一台超级对撞机都是有价值的。他说：“这类最大规模的尝试和项目，都将极大地促进学术合作，连接世界各地的研究机构。所有这些都是推动这类独特科学项目的极好论据。”

然而，霍森菲尔德表示，其他大型科学项目也可以套用类似的论点。

其他的选项

根据欧洲核子研究中心的报告，未来环形对撞机的研究始于2014年，共有超过1300名参与者，其资金来源是欧盟委员会的“地平线2020”（Horizon 2020）研究资助计划。该研究描绘的主要愿景包括在现有LHC隧道旁边挖掘一条100公里长的隧道。CERN表示，该隧道以及地表相关基础设施的建造成本约为50亿欧元。

在这样一条隧道之内，耗资达40亿欧元的对撞机将可以粉碎电子及其对应的反物质（正电子），过程中所用的能量可高达365GeV（吉电子伏特）。通过这些碰撞，研究人员可以在比质子-质子对撞机（如LHC）更高的精度下研究已知粒子，如希格斯玻色子。该研究计划预计于2040年左右启动，届时LHC及其目前尚在计划中的升级版本将完成使命。

长期以来，物理学家一直计划在LHC完成使命后建造一台国际直线对撞机（International Linear Collider，简称ILC）。这台对撞机也可以粉碎电子和正电子。日本科学家在2012年开始积极争取国际直线对撞机项目。但是，由于LHC一直未能发现任何意料之外的现象，从而削弱了建造直线对撞机的必要性。这是因为国际直线对撞机所能达到的能量只足以研究希格斯玻色子，而无法用于发现可能存在于更高能量的任何新粒子——CERN计划的新对撞机的目标。日本政府将于3月7日决定是否主持国际直线对撞机的建造。

在CERN报告中提到的另一个选项是耗资150亿欧元、长度约100公里的质子-质子对撞机（又称为强子对撞机）。这台对撞机将建在与LHC同一条隧道内，能够达到10万GeV的能量——远远超过LHC的最高能量值（16000GeV）。不过，更可能的情况是首先建造电子-正电子对撞机，到21世纪50年代后期再建造质子-质子对撞机。无论是哪种选项，更高能量的对撞机都将寻找全新的粒子，而这些粒子可能比已知的粒子更大，因而需要更高的能量才能产生。

强子对撞机的长度将只比超导超级对撞机（Superconducting Super Collider，简称SSC）长15%。20世纪90年代，位于美国德克萨斯州的超导超级对撞机工程因成本原因夭折，当时已经挖掘了22.5公里的隧道。随着技术的发展，特别是用于控制质子在隧道中改变轨迹的磁铁技术获得突破，计划中的强子对撞机有望能以超导超级对撞机两倍以上的能量运行。

当然，物理学家还有更多的研究和开发工作要做，这也是先建造低能量对撞机的原因之一。“如果我们明天就能准备好一条100公里长的隧道，那我们就可以马上建造一台电子-正电子对撞机，因为所需的技术已经存在，”朱迪切说，“但是，对于一台100TeV对撞机所需的磁铁，还需要进行更多的研发工作。”

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