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    下一臺大型強子對撞機花落誰家
    來源:???? 作者: ???? 2016-10-08 16:55???????


    大型強子對撞機是否發現了粒子物理學標準模型之外的現象還有待觀察。圖片來源:Harold Cunningham/Getty

    這是粒子物理學的一個勝利,并且很多人渴望從中分得一杯羹。2012年,全球最大粒子加速器——大型強子對撞機(LHC)發現希格斯玻色子一事促使日本科學家極力爭取讓該國成為LHC“繼任者”所在地。

    該機器將基于LHC取得的成功而建立,并將詳細測量希格斯玻色子和其他已知或者很快將被發現的粒子的屬性。

    不過,在日前于美國芝加哥舉行的國際高能物理大會(ICHEP)上進行的討論表明,粒子物理學的下一步目前看來還不是那么確定。這在很大程度上取決于LHC是否揭示了超過粒子物理學標準模型的現象,以及中國建造LHC“繼任者”的計劃能否繼續推進。

    當日本科學家提議由該國建造國際直線對撞機(ILC)時,一組國際科學家已經擬定了它的設計圖。ILC將使正負電子沿著31公里長的軌道進行對撞。相比之下,LHC只有27公里長,并且是讓質子在位于歐洲粒子物理學實驗室——CERN的一個環形軌道中對撞。

    由于質子是由夸克組成的復合粒子,因此對撞會產生大量殘骸。相反,ILC的粒子是最基本的,因此能提供更加清潔且更適于精確測量的對撞。這會揭示脫離預期行為的現象,從而指向標準模型之外的物理學。

    對于物理學家來說,對希格斯玻色子和最重的頂夸克開展詳細研究的機會,足以構成建造該設備的理由。日本文部科學省(MEXT)被期望在今年就該國是否建造該設施——將于2030年左右開始實驗——作出表態。

    不過,為MEXT提供建議的日本專家組去年表示,研究希格斯玻色子和頂夸克的機會不會單獨成為建造ILC的理由。同時,它會等到定于2018年進行的LHC首次最大能量運行結束后再作決定。

    日本高能加速器研究機構(KEK)總干事Masanori Yamauchi表示,這意味著該專家組尚未被建造ILC應當無須顧及LHC發現了什么的論據所說服。Yamauchi作為ICHEP專家組成員,參加了一場關于未來設施的研討會。“這就是它們的聲明背后隱藏的立場。”

    如果LHC發現了新現象,它們將為ILC研究添加更多“素材”,并且將大大強化建造高精確度機器的理由。

    美國物理學家早就支持建造直線對撞機。Yamauchi介紹說,由MEXT和美國能源部組成的聯合小組正在討論減少ILC開支的方法。目前,預估的ILC開支為100億美元。雖然將開支減少約15%是合理的,但在正式同意建造ILC之前,日本還需要來自其他國家的資助承諾。

    緊緊追隨日本的是一個中國團隊。在發現希格斯玻色子的幾個月后,由中科院高能物理研究所所長王貽芳領導的一個物理學家團隊提出了在本世紀30年代建造對撞機的計劃。該對撞機也受到國際社會的部分資助,并且聚焦對希格斯玻色子和其他粒子進行的精確測量。

    這臺50~100公里長的環形正負電子對撞機不會達到ILC的能量,但它需要創建一個通道,使質子—質子對撞機(和LHC相似,但要大很多)以顯著降低的成本建造出來。

    王貽芳在ICHEP上介紹說,他和團隊將繼續研發該項目,同時其他籌資渠道也保持開放。目前,該團隊計劃集中精力提高國際社會對該項目的興趣。

    未來,利用中國正負電子對撞機作為大型質子—質子對撞機基石的選擇會影響到CERN建造周長為100公里的環形機器計劃。直到本世紀30年代中期,CERN將會一直忙于提高LHC質子束密度而非能量的升級。屆時,中國或許已經有了建造質子—質子對撞機的合適通道,從而使CERN更難獲得針對“超級LHC”的資助。

    在ICHEP上,CERN總干事Fabiola Gianotti提出了一個過渡想法:通過到2035年左右建立新一代超導磁體,將LHC的能量加大到超出現有設計。Gianotti表示,這將有限提高LHC的能量——從14兆兆電子伏(TeV)增加到20 TeV。如果LHC在14 TeV發現了新的物理學現象,那么這將擁有強有力的科學證據。同時,其50億美元的開支將由CERN常規預算之外的經費支付。(宗華)


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