歐洲核子研究中心已朝著建造 100 公里環形超級對撞機邁出了重要一步，以推進高能物理的前沿。
在 3 月份一個獨立小組批准該計劃後，歐洲核子研究中心理事會於 6 月 19 日一致認可了該決定。歐洲最重要的粒子物理組織將需要全球幫助來資助該專案，該專案預計耗資至少 210 億歐元，並將成為該實驗室著名的大型強子對撞機的後續專案。這臺新機器將在本世紀中葉之前使電子與其反物質夥伴正電子發生碰撞。該設計——將在日內瓦附近的歐洲核子研究中心所在地附近的地下隧道中建造——將使物理學家能夠研究希格斯玻色子的特性，並在稍後容納一臺更強大的機器，該機器將在本世紀後半葉使質子發生碰撞。
這項批准還不是最終的批准。但這意味著歐洲核子研究中心現在可以投入大量精力來設計對撞機並研究其可行性，同時將線性電子-正電子對撞機或加速μ子的對撞機等 LHC 後續替代設計的研發工作擱置一邊。“我認為對於歐洲和更廣泛地區的歐洲核子研究中心和粒子物理學來說，今天是一個歷史性的日子，”歐洲核子研究中心主任法比奧拉·賈諾蒂在投票後告訴理事會。
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前歐洲核子研究中心主任克里斯·盧埃林-史密斯說，這對該實驗室來說“顯然是一個分支點”。直到今天，幾個其他選項擺在桌面上，用於下一代對撞機，但歐洲核子研究中心理事會現在已明確、一致地表態。“這是邁出的重要一步，讓歐洲各國說‘是的，這就是我們希望發生的事情’，”英國牛津大學物理學家盧埃林-史密斯說。
兩個階段
該決定在一份今天批准的檔案中提出，名為《歐洲粒子物理戰略更新》。它概述了兩個發展階段。首先，歐洲核子研究中心將建造一臺電子-正電子對撞機，其碰撞能量經過調整，以最大限度地產生希格斯玻色子並詳細瞭解其特性。
在本世紀晚些時候，第一臺機器將被拆除，並被一臺質子-質子對撞機取代。這將達到 100 萬兆電子伏特 (TeV) 的碰撞能量，而 LHC 的碰撞能量為 16 TeV，LHC 也是質子對撞機，目前是世界上最強大的加速器。其目標是尋找新的粒子或自然力，並擴充套件或取代當前的粒子物理標準模型。最終機器將需要的許多技術尚未開發出來，並且將成為未來幾十年密集研究的主題。
賈諾蒂說：“這是一個非常雄心勃勃的戰略，它以謹慎、循序漸進的方式概述了歐洲和歐洲核子研究中心的光明未來。”
中國科學院高能物理研究所 (IHEP) 所長王貽芳說：“我認為這肯定是正確的追求方向。”中國科學院高能物理研究所 (IHEP)位於北京。歐洲核子研究中心提出的新機器在概念上類似於王貽芳在 LHC 於 2012 年發現希格斯玻色子後率先提出的中國對撞機提案。與歐洲核子研究中心現在正式的戰略一樣，王貽芳的提案也包括在第二階段容納質子對撞機的可能性，效仿 LHC 的模式（27 公里長的 LHC 環佔據了 20 世紀 90 年代歐洲核子研究中心大型電子-正電子對撞機的隧道）。王貽芳說，歐洲核子研究中心的決定“證實了我們的選擇是正確的”。
該戰略在完全支援歐洲核子研究中心環形對撞機的同時，也呼籲該組織探索參與獨立的國際線性對撞機，這是一個較早的想法，一直由日本的物理學家維持。日本仙台東北大學的物理學家山本仁志表示，這一認可令人鼓舞。“我相信國際直線對撞機在日本和全球範圍內進入下一步的條件現在已經牢固就位。”
融資之旅
歐洲核子研究中心的戰略設想 2038 年為新的 100 公里隧道和電子-正電子對撞機的建設開始之年。在此之前，該實驗室將繼續執行其當前對撞機的升級版本，稱為高亮度 LHC，目前正在建設中。
但在歐洲核子研究中心開始建造其新機器之前，它將不得不尋求超出成員國提供的常規預算的新資金。盧埃林-史密斯說，包括美國、中國和日本在內的歐洲以外的國家可能需要加入歐洲核子研究中心，以組建一個新的全球組織。“幾乎可以肯定，它需要一個新的結構，”他說。
這項耗資巨大的計劃有反對者——即使在物理學界也是如此。德國法蘭克福高等研究院的理論物理學家薩賓·霍森菲爾德已經成為追求更高能量的批評者，因為科學回報——除了測量已知粒子的特性外——遠非得到保證。“我仍然認為這不是一個好主意，”霍森菲爾德說。“我們談論的是數百億美元。我只是認為現在進行這種研究的科學潛力不足。”
英國利物浦大學的物理學家塔拉·希爾斯說，新的對撞機將處於未知領域。雖然 LHC 有一個明確的目標，即尋找希格斯玻色子，並且理論家有充分的理由相信可能存在其可以探索的質量範圍內的新粒子，但現在的情況有所不同。“我們現在沒有同等的、堅如磐石的預測——這使得知道在哪裡以及如何尋找答案更具挑戰性和更高的風險。”
不過，她說，“我們確實知道，找到答案的唯一方法是透過實驗，而找到答案的唯一地方是我們尚未能夠探索的地方。”
歐洲核子研究中心理事會主席烏爾蘇拉·巴斯勒在結束大多數成員遠端參加的會議時說，“現在的重大任務擺在我們面前，是將這項戰略變為現實。”然後她開啟一瓶香檳，結束了電話會議。
本文經許可轉載，並於2020 年 6 月 19 日首次發表。