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2024年2月6日
欧洲核子研究中心的超级对撞机计划:耗资170亿美元的“希格斯工厂”将使LHC相形见绌
一项关于未来环形对撞机的可行性研究确定了该机器可以在哪里以及如何建造——但其建造远非板上钉钉。
伊丽莎白·吉布尼&大卫·卡斯特韦奇 。
未来的圆形对撞机将使用91公里长的隧道将电子和正电子撞在一起（艺术家的印象）。信用:PIXELRISE
欧洲正在推进一项计划，在法国和瑞士乡村地下建造一座91公里长、耗资150亿瑞士法郎（170亿美元）的超级对撞机。这台机器将允许研究人员详细研究希格斯玻色子。但是在大型强子对撞机（LHC）揭示出缺乏新的物理学之后，科学家们面临着说服资助者如此巨大的投资是值得的压力。
欧洲粒子物理研究所计划的细节来自一份研究未来环形对撞机（FCC）可行性的中期报告，该对撞机将使其前身27公里长的LHC粒子对撞机相形见绌。
该组织管理机构欧洲核子研究中心理事会主席埃利泽·拉比诺维奇（Eliezer Rabinovici）在2月5日的新闻发布会上表示，研究的第一阶段侧重于确定在欧洲核子研究中心地区建造这样一台机器的地点和方式，结果显示“没有任何技术或科学障碍”会阻止它的建造。
该机器的建造最早可能于2033年开始，需要在地下200米左右的地方钻一个圆形隧道。这条91公里长的隧道将环绕一个比伊利诺伊州芝加哥还要大的区域，根据设计，这条隧道应该被四个实验大厅打断。安理会于2月2日审查了该报告，但文件本身尚未公开。完整的研究报告将于明年发布，预计2028年前将对该项目做出决定。
前欧洲核子研究中心总干事克里斯·卢埃林·史密斯说，他对不发表中期报告的决定感到困惑，但他认为欧洲核子研究中心的方向是正确的，“毫无疑问。”
英国牛津大学的物理学家卢埃林·史密斯补充说:“大量细节已经完成”，但整体概念保持一致，这“令人非常放心”。粉碎颗粒
计划中的机器将在2045年左右使电子与其反物质伙伴正电子碰撞，目的是产生并详细研究大约100万个希格斯玻色子。许多物理学家认为，研究这种发现于2012年、相互作用前所未有的粒子，是物理学找到标准模型裂缝的最大机会。标准模型是一个非常成功但不完整的粒子和力模型。
物理学家呼吁在2020年对联邦通信委员会的可行性进行研究，作为欧洲粒子物理战略优先化工作的一部分。欧洲核子研究中心总干事法比奥拉·吉安诺蒂告诉记者，该战略发现联邦通信委员会是其考虑的“最令人信服的科学工具”。 FCC（大圆圈，虚线轮廓）将建在欧洲核子研究中心的前身大型强子对撞机（小圆圈）附近。致谢:欧洲核子研究中心
建立联邦通信委员会远非易事。Gianotti补充说，150亿瑞士法郎的大部分费用将由现有的CERN预算支付。但是该项目仍然需要欧洲核子研究中心的正式成员欧洲国家以及美国和日本等其他国家的财政捐助。简报没有提供任何关于这些费用的信息。“他们似乎在回避给出具体数字，比如成本，以及非成员国可能分担的费用，”华盛顿伊斯特桑德的物理学历史学家迈克尔·赖尔丹表示。
更多的大型对撞机
与此同时，其他“希格斯工厂”的设计正在世界各地进行。日本政府对主办计划已久的国际直线对撞机表现出兴趣，而中国正在设计一台名为圆形正负电子对撞机的环形机器。Gianotti表示，欧洲粒子物理战略已经发现，FCC比线性对撞机具有更大的物理潜力，因为它可以以更高的速度产生希格斯玻色子，并且相同的隧道以后可以用于更高能量的质子对撞机。
并非粒子物理学界的每个人都支持欧洲粒子物理研究所提议的机器。意大利帕多瓦大学的粒子物理学家Donatella Lucchesi不同意该组织对FCC的关注。“出于科学和其他原因，我不认为这对我们的社区有好处。”卢切西是一个团队的成员，该团队正在研究未来对撞机的替代技术，该技术基于μ子束而不是电子或质子束的对撞。
Gianotti表示，建立FCC不会阻止CERN为μ子对撞机做出贡献，一个有影响力的美国科学家小组在12月表示，应该探索μ子对撞机。μ子比电子质量大得多，允许更高能量的碰撞。但是还没有人知道建造一个μ子对撞机是否可能。她说:“当然，如果我们的美国同事计划在美国建造一个新的对撞机，我们现在将与他们合作，但这与联邦通信委员会的时间表完全不同。”
一些科学家认为，建造这种大型对撞机的成本超过了它们的好处，尤其是当理论没有明确指出可能会发现什么的时候。“目前，我们确实没有关于我们应该寻找什么的明确理论指导，”Gianotti说，但她表示这是一个支持建造新机器的论点。她说:“这些工具将使我们朝着解决这个问题迈出一大步，并告诉我们什么是正确的问题。”
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