CERN計(jì)劃制造更大的粒子碰撞器

歐洲核子研究組織歐洲核子研究中心(CERN)希望建造一種能夠使大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)相形見(jiàn)絀的粒子對(duì)撞機(jī)。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)已經(jīng)取得了重要的發(fā)現(xiàn)，并計(jì)劃對(duì)其動(dòng)力進(jìn)行升級(jí)，以確保它在未來(lái)繼續(xù)處理物理問(wèn)題。但最終，解開(kāi)物理學(xué)的秘密還不夠。最終，我們需要更大更強(qiáng)大的東西。

進(jìn)入未來(lái)的圓形對(duì)撞機(jī)(FCC)。聯(lián)邦通信委員會(huì)將超過(guò)LHC的功率一個(gè)數(shù)量級(jí)。1月15日，F(xiàn)CC合作發(fā)布了概念設(shè)計(jì)報(bào)告(CDR)，為CERN未來(lái)的圓形對(duì)撞機(jī)提供了選項(xiàng)。

聯(lián)邦通信委員會(huì)是歐洲核子研究中心未來(lái)路線圖的一部分。2014年，歐洲核子研究中心開(kāi)始研究FCC概念，為L(zhǎng)HC后的生命做準(zhǔn)備。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)不會(huì)很快到達(dá)任何地方，實(shí)際上它現(xiàn)在正在升級(jí)。但是它能做什么是有限的，并且限制了它的強(qiáng)大程度。最終它將需要一個(gè)繼任者。

目前，這份報(bào)告都是關(guān)于戰(zhàn)略和流程的。根據(jù)歐洲核子研究中心的一份新聞稿，歐洲應(yīng)該“在下一次戰(zhàn)略更新時(shí)能夠在歐洲核子研究中心提出雄心勃勃的LHC后加速器項(xiàng)目”。它還說(shuō)，“FCC將以前所未有的能量和強(qiáng)度提供電子 - 正電子，質(zhì)子 - 質(zhì)子和離子 - 離子碰撞，可能發(fā)生電子 - 質(zhì)子和電子 - 離子碰撞。”

“FCC概念設(shè)計(jì)報(bào)告是一項(xiàng)了不起的成就。它顯示了聯(lián)邦通信委員會(huì)在提高我們對(duì)基礎(chǔ)物理知識(shí)和推動(dòng)許多技術(shù)方面的巨大潛力，并對(duì)社會(huì)產(chǎn)生了廣泛的影響， “歐洲核研究組織總干事法比奧拉吉亞諾蒂說(shuō)。“在提出新的艱巨挑戰(zhàn)的同時(shí)，聯(lián)邦通信委員會(huì)將從CERN的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，加速器復(fù)合體和基礎(chǔ)設(shè)施中受益匪淺，這些技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了半個(gè)多世紀(jì)。”

該公告的重點(diǎn)是在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上發(fā)現(xiàn)希格斯 - 玻色子。這是一個(gè)了不起的發(fā)現(xiàn)，也是理論長(zhǎng)期預(yù)測(cè)的發(fā)現(xiàn)。但是我們?nèi)匀徊涣私庀８袼?- 玻色子，并且理解它需要比LHC更強(qiáng)大的粒子對(duì)撞機(jī)。物理學(xué)家認(rèn)為，希格斯 - 玻色子可以為物理開(kāi)辟一扇新的大門(mén)，但打開(kāi)那扇門(mén)需要更強(qiáng)大的粒子對(duì)撞機(jī)。

FCC質(zhì)子對(duì)撞機(jī)將使用新一代超導(dǎo)磁體，并為研究物理提供了許多新的機(jī)會(huì)。它被設(shè)計(jì)為在100 TeV和更高的能量下執(zhí)行，這意味著它將允許研究Higgs粒子以極高的精度相互作用。

新的粒子對(duì)撞機(jī)還將利用其能量來(lái)探測(cè)暗物質(zhì)，試圖了解物質(zhì)在反物質(zhì)上的流行程度，并嘗試解釋中微子質(zhì)量。

它甚至可以找到新的大質(zhì)量粒子，并且可以徹底探索電磁 - 對(duì)稱(chēng)性破壞在我們宇宙歷史中的作用。聯(lián)邦通信委員會(huì)還將碰撞重離子，維持豐富的重離子物理計(jì)劃，以研究早期宇宙中的物質(zhì)狀態(tài)。

如果建成，F(xiàn)CC將與LHC即日內(nèi)瓦盆地位于同一地點(diǎn)。新的粒子對(duì)撞機(jī)直徑在80到100公里(50到62英里)之間。

“聯(lián)邦通信委員會(huì)的最終目標(biāo)是提供一個(gè)100公里的超導(dǎo)質(zhì)子加速器環(huán)，其能量高達(dá)100 TeV，比LHC強(qiáng)大一個(gè)數(shù)量級(jí)”，CERN加速器和技術(shù)總監(jiān)FrédérickBordry說(shuō)。“聯(lián)邦通信委員會(huì)的時(shí)間表預(yù)計(jì)從電子正電子機(jī)器開(kāi)始，就像LEP先于LHC一樣。這將使豐富的計(jì)劃在整個(gè)二十一世紀(jì)受益于粒子物理學(xué)界。“

“質(zhì)子對(duì)撞機(jī)已成為幾代人以最小規(guī)模投資新物理的首選工具。一個(gè)大的質(zhì)子對(duì)撞機(jī)將在這次探索中向前邁進(jìn)，并決定性地將物理計(jì)劃擴(kuò)展到大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)和可能的電子 - 正電子對(duì)撞機(jī)提供的結(jié)果之外。“歐洲核子研究中心研究與計(jì)算主任?？斯掳柹f(shuō)。

新的粒子對(duì)撞機(jī)將是一個(gè)龐大的工程項(xiàng)目。對(duì)于100公里的隧道，預(yù)計(jì)成本在90億歐元范圍內(nèi)。如果一切按計(jì)劃進(jìn)行，它將在2040年開(kāi)始其物理計(jì)劃，就在High-Luminosity LHC結(jié)束時(shí)。起初，粒子對(duì)撞機(jī)將作為電子 - 正電子對(duì)撞機(jī)運(yùn)行，并為物理界服務(wù)15至20年。然后，它將在20世紀(jì)50年代后期變成使用相同隧道的超導(dǎo)質(zhì)子機(jī)器。這將花費(fèi)額外的150億歐元。