未來環形對撞機（藝術圖）圖片來源：《自然》網站

　　據英國《自然》雜志官網報道，歐洲核子研究中心（CERN）15日發布了一項雄心勃勃的計劃——建造一臺新的加速器，其長度是現在世界上功能最強大的對撞機——27公里長的大型強子對撞機（LHC）的4倍，最高能量將為LHC的6倍。歐核中心希望，這臺新設備能發現新粒子并帶來新物理學。

　　據悉，擬議的新設備名為“未來環形對撞機”（FCC）。根據對撞機的形式不同，耗資約為90億到210億歐元。不管哪種形式，一旦建成，FCC將成為有史以來功能最強大的粒子對撞機。

　　歐核中心理論部門掌舵人弗朗西斯科·吉迪絲說：“這是一次巨大的飛躍，不是像我們計劃去火星，而是像我們計劃去天王星。”

　　FCC將搜尋新粒子

　　2012年，LHC發現希格斯玻色子，震驚世人，但此后它再沒有發現任何新粒子。吉迪絲說，這表明我們需要將對撞能量盡可能地提高，“而FCC這類大膽的項目將有助于我們在最基礎層面破解一些自然界的奧秘”。

　　以色列特拉維夫大學物理學家哈利娜·阿布拉莫維奇表示，FCC的潛力“令人興奮”，她們將對此進行深入討論，并與其他擬議項目進行比較。

　　根據歐核中心的報告，FCC的研究始于2014年，歐盟委員會的“地平線2020”（Horizon 2020）項目也為其提供了資助。

　　最新報告稱，最可能的情況是在目前LHC的隧道旁挖一條100公里長的隧道。挖掘隧道和建造其他相關基礎設施的成本約為50億歐元，然后在這條隧道內建造價值40億歐元的電子—正電子對撞機，這一對撞機可在365GeV（吉電子伏特）能量下，粉碎電子及其反物質正電子，從而比LHC更精確地研究希格斯玻色子等已知粒子。這項新研究計劃于2040年左右開始。

　　長期以來，物理學家一直打算為LHC尋找“接班人”——建造一臺國際直線對撞機（ILC），ILC也讓電子和正電子發生對撞。2012年，日本科學家提出主導這一設施的建設。但鑒于LHC自從希格斯玻色子問世后，在尋找新粒子方面“空手而歸”，因此建造ILC的計劃目前也岌岌可危，因為ILC只能達到足以研究希格斯的能量領域，而無法發現任何更高能的粒子（但歐核中心計劃的FCC有望實現這一點）。日本政府將在3月7日決定是否仍然主導ILC的建造工作。

　　最新報告中提出的另一個選擇是建造耗資150億歐元、長達100公里的新一代質子—質子對撞機（所謂的強子對撞機），其能量可以高達10萬GeV，遠高于LHC最高16000GeV的能量。

　　但更可能的情況是，首先建造電子—正電子對撞機，然后在21世紀50年代后期，建造新一代質子—質子對撞機。

　　歐核中心的報告指出，無論哪種方式，更高能量的對撞機都將搜尋全新的粒子，這些粒子可能比已知的粒子更重，因此需要更多的能量來產生。

　　報告同時也強調，盡管相關技術已經取得不少進步，但建造這樣的機器仍面臨不少困難。因此，有人認為，比較合理的路徑是首先建造能量更低一點的機器。吉迪絲說：“如果有一條100公里的隧道明天就準備好，我們將可以立即開始建造一臺電子—正電子對撞機，因為這項技術已基本存在；但對于對撞能量高達100TeV的對撞機所需的磁鐵，還需要進行更多研究和開發工作。”

　　身價昂貴引爭議

　　當然，并非每個人都認為超級對撞機是一項好投資。德國法蘭克福高等研究院理論物理學家薩賓·霍森菲爾德說：“沒有理由認為，在FCC這種對撞機能達到的最高能量領域會出現新物理學。”

　　而且，霍森菲爾德指出，建造這款對撞機所需的大筆資金花在其他大型設施上，可能會獲得更豐厚的回報。例如，在月球的遠端放置一個重要的射電望遠鏡，或者在其軌道上放置一個引力波探測器等。

　　但歐核中心負責此次FCC報告的物理學家邁克爾·貝內迪克特說，無論預期的科學成果和回報如何，這樣的設施都值得建設。“這些規模最大的工作和項目，是連接不同國家和科研機構的橋梁。”

　　中國的嘗試

　　中國高能物理研究所所長王貽芳表示，他并不懷疑歐核中心可以實現這樣一個項目。“歐核中心有悠久的成功歷史，擁有技術能力、管理技能，而且與政府的關系也很好。”

　　目前王貽芳也在中國領導一個類似的項目。他說，中國和歐洲這兩項嘗試的科學目標和技術可行性都基本相同。而且，大家比較一致認為，首先進行電子—正電子對撞，然后繼續深入，建造強子對撞機。

　　《自然》網站指出，建造強子對撞機所需的額外成本大部分來自超導磁體和保持磁體處于低溫狀態的氦低溫系統。讓強子對撞的FCC將需要使用由超導合金Nb3Tn建造的16特斯拉磁體；而中國目前正致力于研究更先進、但目前還不太成熟的鐵基超導體，這種超導體可以在更高一點的溫度下工作。王貽芳說：“如果能在20開爾文做到這一點，那么將獲得巨大的回報。”

　　即使粒子物理學家同意，世界需要一臺100公里長的對撞機，但目前并不清楚是否需要兩臺。在這種情況下，哪邊先行一步，哪邊就會搶得先機。

　　王貽芳說，每臺對撞機都會進行對更廣泛的國際團體和群體開放的實驗，所以，從科學的角度來看，無論哪邊最終建成這樣的設備，都會讓科學受益。（記者 劉 霞）