欧洲核子研究中心已朝着建造 100 公里环形超级对撞机迈出了重要一步，以推进高能物理的前沿。
在 3 月份一个独立小组批准该计划后，欧洲核子研究中心理事会于 6 月 19 日一致认可了该决定。欧洲最重要的粒子物理组织将需要全球帮助来资助该项目，该项目预计耗资至少 210 亿欧元，并将成为该实验室著名的大型强子对撞机的后续项目。这台新机器将在本世纪中叶之前使电子与其反物质伙伴正电子发生碰撞。该设计——将在日内瓦附近的欧洲核子研究中心所在地附近的地下隧道中建造——将使物理学家能够研究希格斯玻色子的特性，并在稍后容纳一台更强大的机器，该机器将在本世纪后半叶使质子发生碰撞。
这项批准还不是最终的批准。但这意味著欧洲核子研究中心现在可以投入大量精力来设计对撞机并研究其可行性，同时将线性电子-正电子对撞机或加速μ子的对撞机等 LHC 后续替代设计的研发工作搁置一边。“我认为对于欧洲和更广泛地区的欧洲核子研究中心和粒子物理学来说，今天是一个历史性的日子，”欧洲核子研究中心主任法比奥拉·贾诺蒂在投票后告诉理事会。
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前欧洲核子研究中心主任克里斯·卢埃林-史密斯说，这对该实验室来说“显然是一个分支点”。直到今天，几个其他选项摆在桌面上，用于下一代对撞机，但欧洲核子研究中心理事会现在已明确、一致地表态。“这是迈出的重要一步，让欧洲各国说‘是的，这就是我们希望发生的事情’，”英国牛津大学物理学家卢埃林-史密斯说。
两个阶段
该决定在一份今天批准的文件中提出，名为《欧洲粒子物理战略更新》。它概述了两个发展阶段。首先，欧洲核子研究中心将建造一台电子-正电子对撞机，其碰撞能量经过调整，以最大限度地产生希格斯玻色子并详细了解其特性。
在本世纪晚些时候，第一台机器将被拆除，并被一台质子-质子对撞机取代。这将达到 100 万兆电子伏特 (TeV) 的碰撞能量，而 LHC 的碰撞能量为 16 TeV，LHC 也是质子对撞机，目前是世界上最强大的加速器。其目标是寻找新的粒子或自然力，并扩展或取代当前的粒子物理标准模型。最终机器将需要的许多技术尚未开发出来，并且将成为未来几十年密集研究的主题。
贾诺蒂说：“这是一个非常雄心勃勃的战略，它以谨慎、循序渐进的方式概述了欧洲和欧洲核子研究中心的光明未来。”
中国科学院高能物理研究所 (IHEP) 所长王贻芳说：“我认为这肯定是正确的追求方向。”中国科学院高能物理研究所 (IHEP)位于北京。欧洲核子研究中心提出的新机器在概念上类似于王贻芳在 LHC 于 2012 年发现希格斯玻色子后率先提出的中国对撞机提案。与欧洲核子研究中心现在正式的战略一样，王贻芳的提案也包括在第二阶段容纳质子对撞机的可能性，效仿 LHC 的模式（27 公里长的 LHC 环占据了 20 世纪 90 年代欧洲核子研究中心大型电子-正电子对撞机的隧道）。王贻芳说，欧洲核子研究中心的决定“证实了我们的选择是正确的”。
该战略在完全支持欧洲核子研究中心环形对撞机的同时，也呼吁该组织探索参与独立的国际线性对撞机，这是一个较早的想法，一直由日本的物理学家维持。日本仙台东北大学的物理学家山本仁志表示，这一认可令人鼓舞。“我相信国际直线对撞机在日本和全球范围内进入下一步的条件现在已经牢固就位。”
融资之旅
欧洲核子研究中心的战略设想 2038 年为新的 100 公里隧道和电子-正电子对撞机的建设开始之年。在此之前，该实验室将继续运行其当前对撞机的升级版本，称为高亮度 LHC，目前正在建设中。
但在欧洲核子研究中心开始建造其新机器之前，它将不得不寻求超出成员国提供的常规预算的新资金。卢埃林-史密斯说，包括美国、中国和日本在内的欧洲以外的国家可能需要加入欧洲核子研究中心，以组建一个新的全球组织。“几乎可以肯定，它需要一个新的结构，”他说。
这项耗资巨大的计划有反对者——即使在物理学界也是如此。德国法兰克福高等研究院的理论物理学家萨宾·霍森菲尔德已经成为追求更高能量的批评者，因为科学回报——除了测量已知粒子的特性外——远非得到保证。“我仍然认为这不是一个好主意，”霍森菲尔德说。“我们谈论的是数百亿美元。我只是认为现在进行这种研究的科学潜力不足。”
英国利物浦大学的物理学家塔拉·希尔斯说，新的对撞机将处于未知领域。虽然 LHC 有一个明确的目标，即寻找希格斯玻色子，并且理论家有充分的理由相信可能存在其可以探索的质量范围内的新粒子，但现在的情况有所不同。“我们现在没有同等的、坚如磐石的预测——这使得知道在哪里以及如何寻找答案更具挑战性和更高的风险。”
不过，她说，“我们确实知道，找到答案的唯一方法是通过实验，而找到答案的唯一地方是我们尚未能够探索的地方。”
欧洲核子研究中心理事会主席乌尔苏拉·巴斯勒在结束大多数成员远程参加的会议时说，“现在的重大任务摆在我们面前，是将这项战略变为现实。”然后她打开一瓶香槟，结束了电话会议。
本文经许可转载，并于2020 年 6 月 19 日首次发表。