晓查 发自 凹非寺 量子位 报道 | 公众号 QbitAI
今天，欧洲核子研究中心（CERN）批准一份新文件：计划在瑞士日内瓦地下隧道中建造一个长达100公里的圆形超级对撞机，以推动高能物理学的前沿研究。
目前，世界上最大的粒子对撞机——大型强子对撞机（LHC）已经进入暮年，下一步该怎么办，CERN给出了新的答案。
计划建造的新对撞机叫做“未来环形对撞机”（Future Circular Collider，FCC），其长度将是LHC（27公里）的近4倍，比北京五环还略长，预计耗资至少210亿欧元（约合人民币1660亿元）。
按照计划，FCC将分阶段建造。第一阶段，FCC将建造一个正负电子对撞机，用于最大程度地制造希格斯玻色子，以研究其更为细致的性质。
到本世纪后期，第一台机器将被拆除，并被质子-质子对撞机取代。届时，质子对撞的能量将达到100TeV，大约是现在LHC（16TeV）的6倍。
虽然建造项目尚未获得最终通过，但不久后CERN的评估工作将于不久后展开。
CERN将评估FCC的技术与财务可行性，并进行初步地质调查。另外，建造对撞机所需的强磁场超导磁体和其他技术的研发工作也将会推进。
或寻求中美日资金支持
若要启动FCC的建设，必须要求CERN成员国进行资本投资，并承诺继续为2050年代的机器运营提供资金。
但是由于花费巨大，在开始建造新对撞机之前，CERN将不得不寻求从成员国之外获得资金支持。
前CERN总干事Llewellyn Smith表示，欧洲以外的国家，包括美国、中国和日本可能需要加入CERN来组成一个新的全球性组织。
如果获得足够的资金支持，FCC的建造工作将会在十年内开始，整个建造过程将花费10年，这意味着FCC要到2040年代才能投入运营。
研究希格斯玻色子
CERN建造FCC的一个重要目的是研究被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子，正是这种粒子赋予了物体的质量。
此前科学家苦苦寻找了40多年，直到2012年才被现在的LHC通过实验发现，希格斯也因此获得了2013年的诺贝尔物理学奖。
但是，LHC的碰撞能量还不够高，不足以研究希格斯玻色子更详细的性质。
而对撞能量更高的FCC将用于制造大量的希格斯玻色子，更精确地研究它们如何衰变，这是过去LHC无法实现的。
一些理论认为希格斯粒子可能会衰变成暗物质粒子，暗物质粒子的性质是现代物理学的核心问题之一。
在解决希格斯玻色子的问题后，科学家希望FCC能解决基础物理学中的其他问题，例如超对称假说。该假说认为，组成正常物质的亚原子粒子本身具有镜像或超对称形式。
然而，LHC尚未观测到任何暗物质粒子和超对称假说预言的粒子，更高能量的对撞机或许能帮科学家们找到这些粒子。
质疑
尽管建造FCC的前景诱人，但是有科学家质疑210亿欧元造价是否物有所值，这台超级对撞机能否达到预期的效果。
德国法兰克福高等研究院的理论物理学家Sabine Hossenfelder认为，除了测量已知粒子的性质之外，是否有其他回报还无法保证，一味追求高能量不可取。
她说：“在某种程度上，我认为这是不负责任的。为什么我们不把钱投入国际气候模型或流行病模型上？”
英国利物浦大学的物理学家Tara Shears说，新的对撞机处于未知的领域。过去，LHC有寻找希格斯玻色子的明确目标，但现在的情况有所不同。
对于建造FCC，有反对的声音，也有赞同的声音。
一直支持在中国建造大型对撞机的中科院院士、中科院高能物理研究所所长王贻芳就对此表示支持：“我认为这当然是正确的方向。CERN的决定证实我们的选择是正确的。”
去年，王贻芳和杨振宁进行了一场大论战。王贻芳提议建造中国建造大型环形对撞机（CEPC），认为建造对撞机可以促进中国的高能物理研究。而杨振宁认为，中国还是个发展中国家，与其花费上千亿元的巨资建造对撞机，不如将这些钱用于民生领域。
现在建造FCC更像是一次高风险高回报的科学赌博，问题是，你愿意这样赌一次吗？
参考链接：
https://www.nature.com/articles/d41586-020-01866-9
https://www.theguardian.com/science/2020/jun/19/cern-poised-to-back-plan-for-20bn-successor-to-large-hadron-collider
https://news.ycombinator.com/item?id=23577124
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