欧洲(zhou)核子(zi)研究(jiu)组织(zhi)欧洲(zhou)核子(zi)研究(jiu)中(zhong)心(CERN)希望建(jian)造(zao)一种(zhong)能够使大型强(qiang)子(zi)对撞机(ji)(LHC)相(xiang)形见绌的(de)粒子(zi)对撞机(ji)。大型强(qiang)子(zi)对撞机(ji)已经(jing)取得了重要(yao)的(de)发现,并且计(ji)划对其(qi)动(dong)力进行升级,以确保它在未来(lai)继续处理物(wu)理问题。但最终,解开物(wu)理学的(de)秘密还不够。最终,我们需要(yao)更大更强(qiang)大的(de)东西。

进入未(wei)来的圆形对(dui)(dui)撞机(FCC)。美国联(lian)邦通信委(wei)员会将超(chao)过LHC的功(gong)率一(yi)个数(shu)量(liang)级。1月(yue)15日(ri),FCC合作发布了(le)概念设(she)计(ji)报告(CDR),为CERN未(wei)来的圆形对(dui)(dui)撞机提供了(le)选项。

美(mei)国(guo)联(lian)邦(bang)通信委(wei)员会(hui)是(shi)(shi)欧(ou)洲核(he)(he)子(zi)研究中心未来路线图的一(yi)(yi)部分。2014年,欧(ou)洲核(he)(he)子(zi)研究中心开始研究FCC概(gai)念(nian),为LHC后的生命做准(zhun)备。大型强子(zi)对撞(zhuang)机不会(hui)很快(kuai)到达任何地方,实际上它现在(zai)(zai)正(zheng)在(zai)(zai)升级。但是(shi)(shi)它能做什么是(shi)(shi)有限的,并且限制了它的强大程(cheng)度。最终它将需要一(yi)(yi)个(ge)继任者。

“FCC将以前所未有的能量和强度提供(gong)电子(zi) - 正电子(zi),质(zhi)子(zi) - 质(zhi)子(zi)和离子(zi) - 离子(zi)碰撞......”

CERN新闻稿,2019年1月15日。

目前,这份报告都是关于战略和流程的(de)。根(gen)据欧洲核(he)子(zi)(zi)(zi)研究(jiu)中心的(de)一(yi)份新闻稿,欧洲应(ying)该“在(zai)下一(yi)次战略更新时(shi)”能够在(zai)欧洲核(he)子(zi)(zi)(zi)研究(jiu)中心提(ti)出雄心勃勃的(de)LHC后加速器项(xiang)目。它(ta)还(hai)说(shuo),“FCC将以前所未有的(de)能量和强度提(ti)供电子(zi)(zi)(zi) - 正电子(zi)(zi)(zi),质(zhi)子(zi)(zi)(zi) - 质(zhi)子(zi)(zi)(zi)和离(li)子(zi)(zi)(zi) - 离(li)子(zi)(zi)(zi)碰(peng)撞,可能发生电子(zi)(zi)(zi) - 质(zhi)子(zi)(zi)(zi)和电子(zi)(zi)(zi) - 离(li)子(zi)(zi)(zi)碰(peng)撞。”

“FCC概念(nian)设计报告是一(yi)项了(le)不(bu)起的(de)(de)(de)(de)成就。它显示了(le)联(lian)邦(bang)通(tong)信委员会(hui)在提(ti)高(gao)我们对(dui)基础(chu)物理知识(shi)(shi)和推(tui)动许多对(dui)社会(hui)产生广泛影(ying)响的(de)(de)(de)(de)技(ji)术方面的(de)(de)(de)(de)巨大潜力,“欧洲核研(yan)究(jiu)组织总干事法比奥(ao)拉吉(ji)亚诺(nuo)蒂说。“在提(ti)出新的(de)(de)(de)(de)艰巨挑战的(de)(de)(de)(de)同时,联(lian)邦(bang)通(tong)信委员会(hui)将从CERN的(de)(de)(de)(de)专(zhuan)业知识(shi)(shi),加速器复合体和基础(chu)设施(shi)中受益匪浅(qian),这些技(ji)术已经发展了(le)半个多世(shi)纪。”

该公(gong)告的(de)重点是在(zai)大型强子(zi)(zi)对(dui)(dui)(dui)撞机上发现(xian)希格斯 - 玻(bo)色子(zi)(zi)。这是一个了不起(qi)的(de)发现(xian),也是理(li)论长期预测(ce)的(de)发现(xian)。但是我们(men)仍然不了解希格斯 - 玻(bo)色子(zi)(zi),并(bing)且理(li)解它需要(yao)比LHC更强大的(de)粒子(zi)(zi)对(dui)(dui)(dui)撞机。物理(li)学家(jia)认为,希格斯 - 玻(bo)色子(zi)(zi)可以为物理(li)开辟一扇新的(de)大门(men),但打开那扇门(men)需要(yao)更强大的(de)粒子(zi)(zi)对(dui)(dui)(dui)撞机。

FCC质子对撞机将(jiang)使(shi)用新一代超导磁体(ti),并为研究物理提供了(le)许多(duo)新的(de)机会(hui)。它被设计(ji)为在100 TeV和更高的(de)能量下(xia)执行(xing),这意味着它将(jiang)允许研究Higgs粒(li)子以(yi)极高的(de)精度(du)相互(hu)作用。

新的粒子对撞机(ji)还(hai)将利用(yong)其(qi)能(neng)量(liang)来探测暗物(wu)质(zhi),试(shi)图了解物(wu)质(zhi)在(zai)反物(wu)质(zhi)上的流行(xing)程(cheng)度,并(bing)尝试(shi)解释中微(wei)子质(zhi)量(liang)。

它甚至可以找(zhao)到新的(de)大质量粒子,并且可以彻底探索电磁(ci) - 对称性(xing)破坏(huai)在(zai)我们(men)宇(yu)(yu)宙历史中(zhong)的(de)作用。联邦(bang)通信委(wei)员会还将碰撞重离子,维持丰富的(de)重离子物(wu)理计划,以研究(jiu)早期宇(yu)(yu)宙中(zhong)的(de)物(wu)质状态(tai)。

在(zai)初步设(she)计研究之后,在(zai)未来(lai)探测器(qi)的中心(xin)发生碰撞事件(jian)的艺术印象。图片来(lai)源(yuan):CERN。

如果建成,FCC将与LHC即日内瓦盆地位于同一地点(dian)。新的粒子对(dui)撞机直径在80到(dao)(dao)100公(gong)里(50到(dao)(dao)62英里)之间。

“美(mei)国联邦通信委员(yuan)(yuan)会(hui)的(de)最终(zhong)目标是(shi)提供一(yi)(yi)个100公(gong)里的(de)超导(dao)质子加速(su)器环(huan),能量(liang)高达(da)100 TeV,比LHC强大一(yi)(yi)个数(shu)量(liang)级”,CERN加速(su)器和技术总(zong)监FrédérickBordry说。“美(mei)国联邦通信委员(yuan)(yuan)会(hui)的(de)时(shi)间表预(yu)计从电子正电子机器开始,就像LEP先(xian)于LHC一(yi)(yi)样。这将使丰富的(de)计划(hua)在整个二十一(yi)(yi)世纪(ji)受(shou)益于粒子物理学界。“

“质(zhi)子(zi)(zi)对撞机已成为几代人以(yi)最小(xiao)规(gui)模投资新物(wu)理(li)的(de)首(shou)选工具。一个大的(de)质(zhi)子(zi)(zi)对撞机将(jiang)在(zai)这次探(tan)索(suo)中向前迈(mai)进(jin),并(bing)决定性(xing)地将(jiang)物(wu)理(li)计(ji)划扩展到大型(xing)强子(zi)(zi)对撞机和(he)可(ke)能的(de)电子(zi)(zi) - 正电子(zi)(zi)对撞机提供的(de)结果之外。“欧洲核子(zi)(zi)研究(jiu)(jiu)中心(xin)研究(jiu)(jiu)和(he)计(ji)算(suan)部主任埃(ai)克哈德埃(ai)尔森说。

欧(ou)洲(zhou)核子(zi)研究中(zhong)心的视频“设计未来的圆形对撞(zhuang)(zhuang)机”中(zhong)的场景。新的粒子(zi)对撞(zhuang)(zhuang)机将(jiang)建(jian)在日内瓦盆地(di)附近(jin)的大型强子(zi)对撞(zhuang)(zhuang)机上。图片来源:CERN。

新(xin)的(de)粒子(zi)(zi)对(dui)撞(zhuang)机(ji)(ji)(ji)将(jiang)是一(yi)个(ge)庞大的(de)工(gong)程项目。对(dui)于100公里的(de)隧(sui)道(dao),预(yu)计成本在90亿欧(ou)元(yuan)范(fan)围内(nei)。如果(guo)一(yi)切(qie)按计划进行,它将(jiang)在2040年(nian)开始(shi)其(qi)物理计划,就在High-Luminosity LHC结束时。起初,粒子(zi)(zi)对(dui)撞(zhuang)机(ji)(ji)(ji)将(jiang)作(zuo)为电(dian)子(zi)(zi) - 正电(dian)子(zi)(zi)对(dui)撞(zhuang)机(ji)(ji)(ji)运(yun)行,并为物理界服务15至(zhi)20年(nian)。然(ran)后,它将(jiang)在20世纪(ji)50年(nian)代后期变成使用(yong)相同隧(sui)道(dao)的(de)超导(dao)质(zhi)子(zi)(zi)机(ji)(ji)(ji)器。这将(jiang)花(hua)费额(e)外的(de)150亿欧(ou)元(yuan)。

CERN粒子(zi)碰撞器(qi)的时(shi)间线。图片来源:CERN。

在建造时,新的(de)粒(li)子对(dui)撞机将(jiang)(jiang)成(cheng)为(wei)粒(li)子物理研究(jiu)(jiu)的(de)世界中心,就像LHC一(yi)样。它将(jiang)(jiang)成(cheng)为(wei)工程(cheng),技术,科学和工业创新的(de)驱(qu)动力。它还将(jiang)(jiang)培(pei)养下一(yi)代物理学家和研究(jiu)(jiu)人员(yuan)。