预计未来的超大型强子对撞机(VLHC),其加速环的周长将达到100公里,产生的能量是目前大型强子对撞机的7倍。

 

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在大型强子对撞机上获得的发现,将指导下一代强子对撞机的设计

 

  2008年在欧洲启动大型强子对撞机(LHC)时,粒子物理学家们没有奢求要一台更大型的强子对撞机。当2012年LHC完成了最初的使命――发现希格斯玻色子,物理学家开始兴奋的憧憬设计一台机器来取代它:超大型强子对撞机(VLHC)。
 
  VLHC将使它的前辈相形见绌。位于瑞士日内瓦附近的欧洲粒子物理实验室的LHC能产生14兆电子伏特(TeV),与之相比,VLHC的质子碰撞可产生约100兆电子伏特能量。LHC的加速轨道周长为27公里,而VLHC的加速轨道周长可达80-100公里。
 
  2013年夏,在明尼苏达州明尼阿波利市举行的斯诺马斯会议上,数以百计的粒子物理学家聚集一堂,为该领域的未来长远发展构想新设备――VLHC这一概念获得众多科学家认同。
 
  一些物理学家提出警示说,VLHC只是全球粒子物理领域的一小部分。其他包括:升级大型强子对撞机,它在2013年2月份被关闭,它把LHC能量从7兆电子伏特提升至14兆电子伏特;计划在日本建立的一个国际直线加速对撞机,碰撞电子束和正电子,来作为大型强子对撞机在质子上的发现的补充;以及在美国伊利诺斯州巴达维亚的费米国家加速器实验室的一个开发利用高强度中微子光束的项目。
 
  在某种程度上,对于VLHC的兴趣表明,粒子物理学家回到事物的根源问题上,寻求更高能量机器来寻找构建大自然的最基础的单元。
 
  然而,他们必须证明其存在性。希格斯粒子的发现支持了这一观点,那就是一些粒子与普遍存在的糖浆状希格斯场发生作用而拥有质量。然后,对于这一发现,仍有很多疑问无法解释,包括为什么希格斯粒子的质量是如此之大。目前,超对称性理论是解释其大质量的方法之一,即在更大的粒子对撞机中,可以观察到已知粒子耦合成质量更大的粒子。虽然目前LHC没有发现任何超对称性的迹象,但科学家们希望在未来的10年内可以获取线索,这将指导VLHC的设计。
 
  VLHC的倡导者之一尼玛·阿卡尼·哈姆德(Nima Arkani-Hamed)是新泽西州普林斯顿高级研究所的理论物理学家。在他的帮助下,北京将建立一个未来高能物理研究中心。
 
  欧洲核子研究中心正计划开发一个类似于VLHC的对撞机。欧洲核子研究中心的加速器物理学家迈克尔·贝内迪克特(Michael Benedikt)领导研究的“超高能大型强子对撞机”将横穿日内瓦湖。该对撞机的关键参数与被提出的VLHC的相同:周长80-100千米和碰撞能量100兆电子伏特。贝内迪克特表明该项目可能在2020年开始,在2035年左右LHC关闭时完工。“没人愿意高能物理研究出现断层”他说。他补充说,该项目的预算还未确定。但据其他物理学家推测,要想这个项目获得政治支持,下一代对撞机的预算将不能超过100亿美元。
 

资料来源 Nature

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