歐洲正在推進計劃，在法國和瑞士的鄉村地下建造一臺長 91 公里、耗資 150 億瑞士法郎（170 億美元）的超級對撞機。這臺機器將使研究人員能夠詳細研究希格斯玻色子。但科學家們正面臨壓力，要說服資助者，在大型強子對撞機 (LHC) 沒有發現新物理學的情況下，如此巨大的投資是值得的。
歐洲核子研究中心未來環形對撞機 (FCC) 可行性中期研究報告披露了歐洲核子研究中心的計劃詳情。未來環形對撞機 (FCC) 將比其前身、位於瑞士日內瓦附近歐洲粒子物理實驗室歐洲核子研究中心的 27 公里長的 LHC 更龐大。
該研究的第一階段 — 重點是確定這種機器可能在歐洲核子研究中心區域的何處以及如何建造 — 發現“沒有技術或科學上的障礙”會阻止其建造，歐洲核子研究中心理事會主席、該組織的理事機構埃利澤·拉比諾維奇在 2 月 5 日的新聞釋出會上表示。
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這臺機器的建造可能最早於 2033 年開始，這將需要挖掘一條大約 200 米深的圓形隧道。這條 91 公里長的隧道，設計建議應被四個實驗大廳中斷，將環繞比伊利諾伊州芝加哥更大的區域。理事會在 2 月 2 日審查了該報告，但該檔案本身尚未公開。完整的研究報告將於明年釋出，預計在 2028 年之前對該專案做出批准或不批准的決定。
歐洲核子研究中心前總幹事克里斯·盧埃林·史密斯表示，他對不公佈中期報告的決定感到困惑，但他認為歐洲核子研究中心走在正確的軌道上，“毫無疑問。”
“許多細節已經得到補充，” 但總體概念仍然保持一致，這“非常令人放心，” 英國牛津大學物理學家盧埃林·史密斯補充道。
粒子碰撞
計劃中的機器將從 2045 年左右開始將電子與其反物質夥伴正電子碰撞，目的是精確生成和研究約一百萬個希格斯玻色子。許多物理學家認為，研究這個 2012 年發現的且與眾不同的粒子，代表了物理學在標準模型中找到裂縫的最強機會，標準模型是一個非常成功但不完整的粒子和力模型。
物理學家在 2020 年呼籲對 FCC 的可行性進行研究，作為稱為歐洲粒子物理戰略的優先事項工作的一部分。歐洲核子研究中心總幹事法比奧拉·賈諾蒂告訴記者，該戰略發現 FCC 是其考慮的“最引人注目的科學儀器”。
建造 FCC 遠非易事。賈諾蒂補充說，150 億瑞士法郎的價格標籤的大部分將由歐洲核子研究中心現有預算承擔。但該專案仍將需要歐洲核子研究中心正式成員國以及美國和日本等其他國家的財政捐款。簡報會沒有提供有關這些成本可能有多少的任何資訊。“他們似乎在迴避給出具體數字，例如成本，以及非成員國可能分擔多少，” 位於華盛頓州東桑德的物理歷史學家邁克爾·里奧丹說。
更多巨型對撞機
與此同時，世界各地正在進行其他 “希格斯工廠”設計。日本政府已表示有興趣主辦長期計劃的國際直線對撞機，而中國正在設計一臺名為環形正負電子對撞機的環形機器。賈諾蒂表示，歐洲粒子物理戰略發現，FCC 比直線對撞機具有更大的物理潛力，因為它能夠以更高的速率產生希格斯玻色子，並且相同的隧道稍後可以用於能量更高的質子對撞機。
並非粒子物理學界的每個人都贊成歐洲核子研究中心提出的機器。義大利帕多瓦大學的粒子物理學家多納泰拉·盧凱西不同意該組織對 FCC 的關注。“我不認為這對我們的社群、對科學和其他原因有好處。” 盧凱西是一個團隊的成員，該團隊正在研究未來對撞機的替代技術，該技術基於碰撞μ子束而不是電子或質子。
賈諾蒂說，建造 FCC 不會阻止歐洲核子研究中心為μ子對撞機做出貢獻，美國科學家中有影響力的一個小組在 12 月表示應該探索該設施。μ子比電子重得多，可以進行更高能量的碰撞。但目前尚無人知曉建造μ子對撞機是否可行。“當然，如果我們的美國同事計劃在美國建造一個新的對撞機，我們現在將與他們合作，但這與 FCC 的時間表完全不同，”她說。
一些科學家認為，建造如此巨型對撞機的成本超過了其收益，尤其是在理論沒有明確指導應該發現什麼的情況下。“的確，目前，我們沒有關於我們應該尋找什麼的明確理論指導，” 賈諾蒂說，但她說這是支援建造新機器的理由。“這些儀器將使我們能夠朝著解決這個問題邁出一大步，同時也告訴我們什麼是正確的問題，”她說。
本文經許可轉載，最初於 2024 年 2 月 6 日在首次釋出。