|
作为世界上最强大的粒子加速器和高能物理发现的关键工具，大型强子对撞机（LHC）于今年4月22日在欧洲重新投入运行。这一轮LHC的关闭时间，从2018年12月开始，至今已有2年半的时间，暂时关闭的原因是为了适应更加严格和更高标准的试验研究，重点对设备的低温和真空系统进行维修，同时也更换了部分磁铁装置。更新后的LHC将以更高的能量运行，获取更加的粒子运行速度，从而为微观粒子的发现提供更多的数据。 希格斯玻色子是什么我国其实早在30年前，就已经建造运行了当时世界上领先的电子对撞机。2012年，欧洲LHC设备以光速发射粒子进行对撞发现了希格斯玻色子，受这一成就的影响，我国随后进行了关于建设环形正负电子对撞机的的讨论，并提出了中国新型超大粒子对撞机的建造方案，准备于2022年开建。但是后来，由于种种原因被迫中止。如果这个工程开建，那么我国无疑在微观粒子探测领域，又会走向世界的巅峰，为什么会暂停呢？
在微观粒子物理学中，长期以来，在无数科学家们的共同努力下，构建了一个标准的模型，即世界上绝大多数的物理现象（除了引力效应以外），都可以由强力、弱力以及电磁力这三种基本力以及组成所有物质的基本粒子来进行解释。 但是在早期模型中，规范场论决定了规范玻色子必须没有质量，而在很多实验中，检测到传递电磁作用的规范玻色子（即光子，包括W玻色子、Z玻色子）的质量并不为零，从而证实了早期粒子模型的不完善性，于是必须要建立一个新的机制，来解决W玻色子和Z玻色子带有质量的问题。 后来，在上世纪60年代，有科学家提出了希格斯玻色子的猜测，主要特征为自旋为零的一种玻色子，不带电荷，也极不稳定，一旦生成后会立刻发生衰变，这种玻色子通过自相互作用而产生质量，不过它的产生，需要极端的高能量环境，才能推动形成希格斯场的量子激发，因此必须通过建造超级粒子加速器才能提供这样的能量。
强子对撞机的作用是什么在这样的背景下，大型粒子对撞机应运而生。2008年，世界上第一台、也是最大的一座强子对撞机在瑞士和法国交界处的侏罗山下建成。这套设备深埋在地下100米处，是一个圆形的加速器，总长度有27公里。
工作原理简单说，就是通过粒子加速器，在超导磁铁的推动下，将加速管中的质子（也可以是电子等微观粒子）加速到非常高的速度，然后以相反的方向，环绕着圆形加速器运行，在此过程中，两束质子流发生对向相撞。在高能粒子的高速撞击之后，会产生更加微小的“碎片”，通过观测这些“碎片”，可以让物理学家们更加直观和清晰地揭示微观粒子的构成。
从2012年首次发现通过高速撞击产生的希格斯玻色子之后，LHC在这一领域的发现越来越密集，2017年每年发现的数量达到300万个，除此之外，科学家们还有其他重要的发现，比如发现了一些新的粒子，比如“五夸克”粒子、带有两个重夸克的新粒子等，这为科学家们认识微观世界的奇异性打开了一扇窗户。
我国大型对撞机建造计划在微观物理领域的科学研究，我国科学家近几十年来，其实一直以来都紧跟世界的脚步，甚至还要超出一个档次，在LHC取得一个又一个成果时，我国也在充分论证在原有的电子对撞机基础上，建造大型粒子对撞机的可行性。 按照当时的计划，我国的大型粒子对撞机预计将于2022年开建，可在2030年前对外公开，吸引世界大批科研工作者前来共同破解更多课题。这个准备建造的大型粒子对撞机，也是采取环形设计，不过总长度将达到70公里，几乎是欧洲LHC的4倍，而建造成本只有LHC的一半。如果这个项目建成，那么由于加速管道长度的优势，势必会产生更多的希格斯玻色子，而且对于寻找暗物质还会有极大的推动作用。
然而，在大型粒子对撞机的建造上，我国相关科学家们形成了两种截然不同的声音，支持者认为，建造对于提升我国微观物理学和高能物理领域的研究水平、吸引国际顶尖科学家等方面，都有着深远的意义。而反对者认为，建造这样的大型粒子对撞机耗费过于巨大，而且想要获得突破性发现的几率非常微小，性价比并不高，美国和其他一些国家这类项目也已经中止。 虽然我国之前提出的大型粒子对撞机建造计划，目前的争议仍然很大，但是依然没有阻止一些科学家前行的脚步，前两年又继续提出了新型的概念设计报告，对所需经费进一步进行了压缩，并对性能和结构设计进一步优化，通过相关的试验，不但可以进一步了解希格斯粒子的性质，而且还会对寻找暗物质、反物质丢失、宇宙早期演化等一系列未解问题的破解起到重要的支撑作用，如果顺利实施的话，将使我国再次成为该领域全世界的领跑者。
争论与否，我们暂且不提，那不是我们普通民众关心的事，但正如有科学家指出的那样，面对未来的不确定性，物理学发展需要新的观测方法，大自然为我们提供了一扇窗口，我们为什么不去看一看呢？ |
|
|
