歐洲批準最強粒子對撞機計劃，造價210億歐元，全長100公里，耗資巨大引爭議
比北京五環(huán)還長
曉查 發(fā)自 凹非寺
量子位 報道 | 公眾號 QbitAI
今天，歐洲核子研究中心（CERN）批準一份新文件：計劃在瑞士日內(nèi)瓦地下隧道中建造一個長達100公里的圓形超級對撞機，以推動高能物理學(xué)的前沿研究。
目前，世界上最大的粒子對撞機——大型強子對撞機（LHC）已經(jīng)進入暮年，下一步該怎么辦，CERN給出了新的答案。
計劃建造的新對撞機叫做“未來環(huán)形對撞機”（Future Circular Collider，F(xiàn)CC），其長度將是LHC（27公里）的近4倍，比北京五環(huán)還略長，預(yù)計耗資至少210億歐元（約合人民幣1660億元）。
按照計劃，F(xiàn)CC將分階段建造。第一階段，F(xiàn)CC將建造一個正負電子對撞機，用于最大程度地制造希格斯玻色子，以研究其更為細致的性質(zhì)。
到本世紀后期，第一臺機器將被拆除，并被質(zhì)子-質(zhì)子對撞機取代。屆時，質(zhì)子對撞的能量將達到100TeV，大約是現(xiàn)在LHC（16TeV）的6倍。
雖然建造項目尚未獲得最終通過，但不久后CERN的評估工作將于不久后展開。
CERN將評估FCC的技術(shù)與財務(wù)可行性，并進行初步地質(zhì)調(diào)查。另外，建造對撞機所需的強磁場超導(dǎo)磁體和其他技術(shù)的研發(fā)工作也將會推進。
或?qū)で笾忻廊召Y金支持
若要啟動FCC的建設(shè)，必須要求CERN成員國進行資本投資，并承諾繼續(xù)為2050年代的機器運營提供資金。
但是由于花費巨大，在開始建造新對撞機之前，CERN將不得不尋求從成員國之外獲得資金支持。
前CERN總干事Llewellyn Smith表示，歐洲以外的國家，包括美國、中國和日本可能需要加入CERN來組成一個新的全球性組織。
如果獲得足夠的資金支持，F(xiàn)CC的建造工作將會在十年內(nèi)開始，整個建造過程將花費10年，這意味著FCC要到2040年代才能投入運營。
研究希格斯玻色子
CERN建造FCC的一個重要目的是研究被稱為“上帝粒子”的希格斯玻色子，正是這種粒子賦予了物體的質(zhì)量。
此前科學(xué)家苦苦尋找了40多年，直到2012年才被現(xiàn)在的LHC通過實驗發(fā)現(xiàn)，希格斯也因此獲得了2013年的諾貝爾物理學(xué)獎。
但是，LHC的碰撞能量還不夠高，不足以研究希格斯玻色子更詳細的性質(zhì)。
而對撞能量更高的FCC將用于制造大量的希格斯玻色子，更精確地研究它們?nèi)绾嗡プ儯@是過去LHC無法實現(xiàn)的。
一些理論認為希格斯粒子可能會衰變成暗物質(zhì)粒子，暗物質(zhì)粒子的性質(zhì)是現(xiàn)代物理學(xué)的核心問題之一。
在解決希格斯玻色子的問題后，科學(xué)家希望FCC能解決基礎(chǔ)物理學(xué)中的其他問題，例如超對稱假說。該假說認為，組成正常物質(zhì)的亞原子粒子本身具有鏡像或超對稱形式。
然而，LHC尚未觀測到任何暗物質(zhì)粒子和超對稱假說預(yù)言的粒子，更高能量的對撞機或許能幫科學(xué)家們找到這些粒子。
質(zhì)疑
盡管建造FCC的前景誘人，但是有科學(xué)家質(zhì)疑210億歐元造價是否物有所值，這臺超級對撞機能否達到預(yù)期的效果。
德國法蘭克福高等研究院的理論物理學(xué)家Sabine Hossenfelder認為，除了測量已知粒子的性質(zhì)之外，是否有其他回報還無法保證，一味追求高能量不可取。
她說：“在某種程度上，我認為這是不負責(zé)任的。為什么我們不把錢投入國際氣候模型或流行病模型上？”
英國利物浦大學(xué)的物理學(xué)家Tara Shears說，新的對撞機處于未知的領(lǐng)域。過去，LHC有尋找希格斯玻色子的明確目標，但現(xiàn)在的情況有所不同。
對于建造FCC，有反對的聲音，也有贊同的聲音。
一直支持在中國建造大型對撞機的中科院院士、中科院高能物理研究所所長王貽芳就對此表示支持：“我認為這當然是正確的方向。CERN的決定證實我們的選擇是正確的。”
去年，王貽芳和楊振寧進行了一場大論戰(zhàn)。王貽芳提議建造中國建造大型環(huán)形對撞機（CEPC），認為建造對撞機可以促進中國的高能物理研究。而楊振寧認為，中國還是個發(fā)展中國家，與其花費上千億元的巨資建造對撞機，不如將這些錢用于民生領(lǐng)域。
現(xiàn)在建造FCC更像是一次高風(fēng)險高回報的科學(xué)賭博，問題是，你愿意這樣賭一次嗎？
參考鏈接：
https://www.nature.com/articles/d41586-020-01866-9
https://www.theguardian.com/science/2020/jun/19/cern-poised-to-back-plan-for-20bn-successor-to-large-hadron-collider
https://news.ycombinator.com/item?id=23577124
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