花210亿欧元建更大的粒子对撞机，欧洲为什么要做这事？

　　原标题：花210亿欧元建更大的粒子对撞机，欧洲为什么要做这事？

 

　　捕获希格斯玻色子后，“标准模型”完整了，但这不是粒子物理的终点。

 

　　在探寻“上帝粒子”和暗物质的路上，欧洲又往前走了一步。

 

　　2020 年 6 月 19 日，欧洲核子中心全票通过了《2020 欧洲粒子物理战略》。该战略决定，未来最高优先级别的事情，是研究希格斯玻色子（即“上帝粒子”）和高能量前沿探索。

 

　　为此，欧洲核子研究中心通过了一项决策，计划建造一台耗资 210 亿欧元的高能物理实验机器——未来环形对撞机（Future Circular Collider，FCC）。

　　这是一项长期计划。2013 年《欧洲粒子物理战略》更新时，就开始进行概念设计研究，打算建造一台比 LHC 能量更高的环形对撞机。

 

　　LHC 全称“大型强子对撞机”（Large Hadron Collider），是目前规模最大的粒子物理实验机器，FCC 正是 LHC 的继任者。

 

　　2012 年，科学家们通过 LHC 上的对撞实验，证实了希格斯玻色子存在，补上粒子物理学“标准模型”中最后一块也是最重要的 “拼图”。

 

　　“标准模型”是微观现象的物理学基本理论，它被用于解释物质世界的基本构成及其相互作用。

 

　　这个理论认为，希格斯玻色子是“质量之源”。其他粒子通过和希格斯玻色子相互作用，才能产生质量，接着有了引力，最终形成宇宙和生命。因此，希格斯玻色子有另外一个广为人知的称号：“上帝粒子”。

 

　　从 20 世纪 60 年代“标准模型”被提出，到 2012 年希格斯玻色子被捕获，花费了 50 年时间。在这半个世纪里，立下汗马功劳的，除了粒子科学家们，还有造价动辄上十亿百亿的高能粒子加速器。

 

　　能量更高的对撞机，意味着什么？

 

　　大型对撞机其实可被视为一种特殊的粒子加速器。加速器并不是什么稀奇事物，电视和计算机显示器的显像管，从原理上来说，就是一台小小的电子加速器。但像 LHC 这样的高能粒子加速器，世界上唯此一台。

 

　　在加速器里，科学家们将（带电）粒子加速到很快的速度（最快可以接近光速，但不能超越光速），使其具有非常高的能量，然后轰击到目标粒子上。

 

　　两颗粒子碰撞后，会发出新粒子，这就是科学家们要观测的事物。这个过程就好比，把两个核桃相碰碎，外壳破裂后，得到里面的核桃仁。

 

　　自 1931 年第一台圆形回旋加速器被发明，这种设备现在已经发生了翻天覆地的变化。第一台圆形回旋加速器只有巴掌大小，直径约 11 厘米，造价 25 美金，从设计到建成不足 1 年。而 LHC，周长 27 千米，造价超过 50 亿瑞士法郎，从提出设想到成功实验，历时 25 年。

 

　　变化如此之大的背后，都是为了实现更高的碰撞能量。对粒子物理实验而言，如果想看到更小的物质，就必须用更快速度去碰撞，以产生更高的能量。第一台圆形回旋加速器的能量，只有 8 万电子伏特，而 LHC 的碰撞能量以万亿计算，并且还经过多次升级，得以让粒子物理实验有所突破。

 

　　2011 年底，科学家们已经发现了希格斯玻色子存在的迹象，但还不能完全肯定。2012 年 4 月，为了精准捕获希格斯玻色子，欧洲核子研究中心把 LHC 的最高能量，从 7 万亿电子伏特升级到了 8 万亿电子伏特

 

　　捕获“上帝粒子”后，欧洲核子研究中心又对 LHC 进行了多次升级。2015 年 5 月，把 LHC 对撞能量升级到了 13 万亿电子伏特。