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对撞机范畴,谁主沉浮?

工夫:2017-03-06
2012年,环球最大的粒子减速器——大型强子对撞机(LHC)发明希格斯玻色子,这一事情在物理学界激起阵阵荡漾,不只到场的迷信家荣膺诺贝尔奖,并且也促使日本迷信家积极推进让该国成为LHC“继任者”地点地。下一代对撞机将基于LHC获得的效果而树立,并将细致丈量希格斯玻色子以及其他已知或很快“现身”的粒子的属性。

不外,8月8日起于美国芝加哥举行的国际高能物理大会(ICHEP)上,迷信家们停止的讨论标明,他们关于粒子物理学下一步该何去何从并没有太明白的计划,这在很大水平上取决于LHC能否能提醒逾越粒子物理学规范模子的景象,以及中国制作LHC“继任者”的方案可否持续推进。

日本:发起制作国际线性对撞机

当日本迷信家发起由该国制作国际线性对撞机(ILC)时,一组国际迷信家已画出了设计草图。ILC将使正负电子沿着31公里长的轨道停止对撞。相较之下,LHC只要27公里长,而且是让质子在位于欧洲核子研讨中央的一个环形轨道中停止对撞。

由于质子是由夸克构成的复合粒子,因而对撞会发生少量碎渣;而在ILC内发作对撞的粒子是根本粒子,因而,其对撞更干净且更适于准确丈量,无望提醒偏离预期举动的景象,从而揭开逾越规范模子的物理学研讨。

对物理学家来说,对希格斯玻色子和最重的“顶夸克”睁开细致研讨的时机,足以组成制作该设置装备摆设的来由。人们盼望日本文部迷信省(MEXT)往年就该国事否制作该设备(将于2030年左右开端实行)给出明白回答。但为MEXT提供发起的日本专家组客岁表现,研讨希格斯玻色子和顶夸克的时机无法独自成为制作ILC的来由,需求比及原定于2018年停止的LHC初次最大能量运转完毕后再做决议。

日本高能减速器研讨机构总做事山内正德(音译)表现,假如LHC发明了新景象,它们将为ILC的研讨添加更多“质料和营养”,而且将大大加强人们制作高准确度对撞机的决心和决计。

美国物理学家不断支持制作一台线性对撞机。山内正德引见说,由MEXT和美国动力部构成的结合小组正在讨论低落ILC本钱的办法。现在,ILC的预估开支为100亿美元。固然终极有能够将开支增加约15%,但在正式赞同主导制作ILC之前,日本还需求来自其他国度的赞助答应。

中国:盼望研制环形正负电子对撞机

在制作大型对撞机方面,中国迷信家也决心满满。在发明希格斯玻色子几个月后,由中科院高能物理研讨所长处王贻芳向导的物理学家团队提出了在本世纪30年月主导制作对撞机的方案。该对撞机也将取得来自国际社会的局部赞助,而且专注于对希格斯玻色子和其他粒子停止准确丈量。

这台50到100公里长的环形正负电子对撞机能够达不到ILC的能量。但它需求制造一个通道,从而使质子—质子对撞机(和LHC相似,但大许多)以更低的本钱制作出来。王贻芳在ICHEP上引见说,他和他的团队将持续这一项目标研发任务。现在,他们方案会合精神进步国际社会对该项目标兴味。

欧洲:忙于进步质子束密度或晋级LHC

欧洲核子研讨中央(CERN)则计划在将来制作周长为100公里的环形减速器,以7倍于LHC的能量让质子发作对撞。不外,直到本世纪30年月中期,CERN将会不断忙于进步LHC质子束的密度而非能量。届时,中国大概曾经有了制作一台质子—质子对撞机的适宜通道,从而使CERN更难取得针对“超等LHC”的赞助。

CERN总做事法比奥拉·吉亚诺蒂提出了一个过渡想法:经过在2035年左右装置新一代超导磁体,使LHC的能量取得无限的进步——从14兆兆电子伏(TeV)添加到20TeV。假如LHC在14TeV的能量形态下发明了新的物理学景象,这将不啻为一个好方案。与此同时,其50亿美元的开支将由CERN惯例预算之外的经费领取。

虽然云云,LHC或许其下面提出的任何“继任者”都无法包管能发明新物理学,因而,在ICHEP集会上,有迷信家表现,巨大的资金能否应该花在其他项目上而非制作日益巨大的减速器上。

比方,美国就将宝压在中微子而非对撞机上,他们以为,这种“幽灵粒子”无望提醒逾越规范模子的物理学景象。费米国度减速器实行室的迷信家盼望经过主导耗资10亿美元的长基线中微子设备(将于2026年开端朝多台探测器发命中微子束)的建立,从而使该实行室成为环球中微子物理学家们的“圣地”。迷信家们计划于2017年从美国国会为这一项目请求资金。

谁会成为这场粒子物理学马拉松竞赛的冠军,我们拭目以待。(刘霞) 

(责编:魏艳、赵竹青)