夢想機器

對巨型對撞機的希望寄託於全球呼籲

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高能物理學家們心中構想出一種新的機器:一個前所未有的、長達30公里的加速器,它將為探索物理學中一些最重要的未解之謎提供精確的工具。但是,已廢棄的超導超對撞機(以及該專案最終浪費的資金)的幽靈仍然籠罩著人們。然而,該機器的倡導者認為,他們可以透過走向全球來克服各國的疑慮。

自從他們在2001年科羅拉多州斯諾馬斯會議上認真開始討論線性對撞機以來,世界各地的物理學家一直都在積極地規劃一項國際努力。當美國能源部長斯賓塞·亞伯拉罕將其列為新科學設施20年展望中的最高“中期”優先事項時,他們的希望最近有所增加。該報告估計,如果該專案獲得批准和資助,支出高峰將出現在2010年至2015年之間的某個時間。

這個願景是由世界建造並由世界共享的一臺機器。“許多人一直在努力使這不僅僅是一句空洞的口號,”伊利諾伊州巴達維亞費米國家加速器實驗室的理論家克里斯·奎格說,因為沒有一個政府似乎願意花費估計的50億至70億美元來建造這樣的設施。


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該計劃是將電子和正電子(電子的反物質版本)加速到雙15公里長的管道中,並將它們在一個大型探測器內撞擊在一起。總能量將高達1萬億電子伏特(TeV)。這個能量似乎遠低於費米實驗室的2 TeV Tevatron和將於2007年在歐洲核子研究中心完成的14 TeV大型強子對撞機,但由於那些機器中的粒子在它們的組成夸克之間共享能量,它們的有效能量下降了大約10倍。根據設計,國際線性對撞機將具有更高的相互作用率,並且由於其束流中粒子的自旋是對齊的——這是在Tevatron或大型強子對撞機上無法實現的——它將在剖析和分析粒子相互作用方面更加精確。

該對撞機可以揭示希格斯玻色子(賦予所有其他粒子質量的粒子)和輕型超對稱粒子(如中性子等陰影粒子,它們可能解釋了構成宇宙23%的暗物質)的具體資訊。這些知識反過來可以開啟通往諸如額外維度和低能量超弦現象等奇特事物的大門。“這就是線性對撞機的令人興奮之處,”費米實驗室的理論家約瑟夫·利肯說。“它為你打開了一扇通往我們真正感興趣的物理學另一個領域的視窗。”

但是開啟這扇窗需要冷酷的真金白銀。上次粒子物理學家為加速器要錢時,其中20億美元最終被埋在德克薩斯州大草原下,現在是為超導超對撞機準備的注水隧道。“它的消亡故事非常複雜,可以說它是因波動而死的,”奎格評論道。“我們的社群希望從這次經歷中吸取教訓,以組織未來的專案,使其不易受到波動和政治鬥爭的影響。”

事實上,美國、歐洲和日本的幾個小組都致力於線性對撞機。“我們都支援它,”德國漢堡DESY高能實驗室主任阿爾布雷希特·瓦格納表示,他承認最終該專案的選址將是一個政治決定,這與現在正在就名為ITER的聚變反應堆所做的決定類似。

到目前為止,早期的政治決策涉及技術建議。為了加速粒子,DESY支援一個超導的、較低射頻的空腔;斯坦福線性加速器和日本筑波市的KEK加速器實驗室之間的合作正在支援一個較高頻率的、室溫結構。鑑於大型加速器的歷史,決定採取哪種方法無疑是容易的部分。


戴維·阿佩爾居住在新罕布什爾州李市。

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