宇宙中一些最深层的秘密被锁得如此之紧,需要一种全新的亚原子灾难才能将它们撕开。
为了释放这些力量,欧洲物理学家希望建造一台粒子加速器来与我们所见过的任何东西相媲美,这将使著名的 27 公里(16.7 英里)加速大型强子对撞机(大型强子对撞机)看起来像一个高中科学实验。
欧洲核研究组织(CERN)的官员刚刚提出了结果一项研究为技术的设计和构建提供了信息,预计将开启粒子物理学的下一章。
他们的计划从一座 100 公里(62 英里)的圆形对撞机开始,耗资约 90 亿欧元(100 亿美元)。
目前它被简单地称为未来圆形对撞机,或 FCC。一旦它在未来几十年的某个时候真正开始寻找新的物理学,它可能会有一个不同的名字。
但无论如何,下一代加速器应该帮助我们以前所未有的方式破解物质。
欧洲核子研究组织目前的对撞机之王大型强子对撞机(LHC)是位于日内瓦附近的瑞士和法国边境的粒子加速器综合体之一。
它的超导磁体环将相反的质子流推向 0.999999990 光速,为每个质子流提供6.5 太电子伏特能量– 足以将各种粒子从其撞击造成的屠杀中凝聚出来。
其中最著名的是希格斯玻色子,一个粒子在 20 世纪 60 年代首次预测为质量缺失的原因,最后2012年经实验证实。
它的发现完成了一组预测物体,这些物体构成了现实的基本组成部分,我们称之为“现实”理论标准型号。
但即使模型得到证实,我们对理解的探索还远未结束。我们还有很多重大问题尚未解决,而当前的技术还无法应对提供我们需要回答这些问题的证据的挑战。
为什么是重力那么弱,与其他势力相比?哪里有中微子的微小质量来自?为什么是 非常轻?全部在哪里宇宙的反物质?我们所说的这个东西的真正本质是什么暗物质?
忘记大型强子对撞机内部 13 TeV 的综合撞击吧。人们希望 FCC 的末日之环最终能够管理 100 TeV 的疯狂能量来粉碎质子。
不过,在第一阶段,欧洲核子研究组织正在计划一些不那么雄心勃勃的东西——一台将电子与其碰撞的机器。对应物,正电子。
这与大型强子对撞机通过将强子粉碎在一起所实现的不同,强子的质量比电子大。强子的组成——由胶子结合在一起的三个夸克——在碰撞后也留下了更多的混乱需要整理。
有趣的是,FCC 第一阶段使用的能量甚至不会像大型强子对撞机中的那样高,但它们仍然高于此类粒子之前所达到的任何能量。足够产生希格斯粒子,最终结果将更容易分析。
然而,最终增加一个成熟的 100 公里质子加速器将需要另外 150 亿欧元的投资,因此我们不能指望它至少在本世纪中叶之前就能投入使用。
同时,中国有自己的计划。其耗资 300 亿元人民币(43 亿美元)的圆形正负电子对撞机 (CEPC) 最早可能在 2030 年代投入运行,从而在多次碰撞方面取得先机,从而积累大量统计数据,以发现宇宙中的缺陷。。
日本也可能得到他们自己的版本如果政府确信值得投资的话,那么希格斯粒子产生加速器的投资是值得的。
也不能保证联邦通信委员会会看到曙光。除了希格斯粒子之外,大型强子对撞机并没有达到预期,未能像物理学家所希望的那样提供大量新粒子的迹象。
说服利益相关者支持这匹马将比以往任何时候都更加困难,但我们迫不及待地等待他们开始。