梦想机器

对巨型对撞机的希望寄托于全球呼吁

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高能物理学家们心中构想出一种新的机器:一个前所未有的、长达30公里的加速器,它将为探索物理学中一些最重要的未解之谜提供精确的工具。但是,已废弃的超导超对撞机(以及该项目最终浪费的资金)的幽灵仍然笼罩着人们。然而,该机器的倡导者认为,他们可以通过走向全球来克服各国的疑虑。

自从他们在2001年科罗拉多州斯诺马斯会议上认真开始讨论线性对撞机以来,世界各地的物理学家一直都在积极地规划一项国际努力。当美国能源部长斯宾塞·亚伯拉罕将其列为新科学设施20年展望中的最高“中期”优先事项时,他们的希望最近有所增加。该报告估计,如果该项目获得批准和资助,支出高峰将出现在2010年至2015年之间的某个时间。

这个愿景是由世界建造并由世界共享的一台机器。“许多人一直在努力使这不仅仅是一句空洞的口号,”伊利诺伊州巴达维亚费米国家加速器实验室的理论家克里斯·奎格说,因为没有一个政府似乎愿意花费估计的50亿至70亿美元来建造这样的设施。


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该计划是将电子和正电子(电子的反物质版本)加速到双15公里长的管道中,并将它们在一个大型探测器内撞击在一起。总能量将高达1万亿电子伏特(TeV)。这个能量似乎远低于费米实验室的2 TeV Tevatron和将于2007年在欧洲核子研究中心完成的14 TeV大型强子对撞机,但由于那些机器中的粒子在它们的组成夸克之间共享能量,它们的有效能量下降了大约10倍。根据设计,国际线性对撞机将具有更高的相互作用率,并且由于其束流中粒子的自旋是对齐的——这是在Tevatron或大型强子对撞机上无法实现的——它将在剖析和分析粒子相互作用方面更加精确。

该对撞机可以揭示希格斯玻色子(赋予所有其他粒子质量的粒子)和轻型超对称粒子(如中性子等阴影粒子,它们可能解释了构成宇宙23%的暗物质)的具体信息。这些知识反过来可以打开通往诸如额外维度和低能量超弦现象等奇特事物的大门。“这就是线性对撞机的令人兴奋之处,”费米实验室的理论家约瑟夫·利肯说。“它为你打开了一扇通往我们真正感兴趣的物理学另一个领域的窗口。”

但是打开这扇窗需要冷酷的真金白银。上次粒子物理学家为加速器要钱时,其中20亿美元最终被埋在德克萨斯州大草原下,现在是为超导超对撞机准备的注水隧道。“它的消亡故事非常复杂,可以说它是因波动而死的,”奎格评论道。“我们的社群希望从这次经历中吸取教训,以组织未来的项目,使其不易受到波动和政治斗争的影响。”

事实上,美国、欧洲和日本的几个小组都致力于线性对撞机。“我们都支持它,”德国汉堡DESY高能实验室主任阿尔布雷希特·瓦格纳表示,他承认最终该项目的选址将是一个政治决定,这与现在正在就名为ITER的聚变反应堆所做的决定类似。

到目前为止,早期的政治决策涉及技术建议。为了加速粒子,DESY支持一个超导的、较低射频的空腔;斯坦福线性加速器和日本筑波市的KEK加速器实验室之间的合作正在支持一个较高频率的、室温结构。鉴于大型加速器的历史,决定采取哪种方法无疑是容易的部分。


戴维·阿佩尔居住在新罕布什尔州李市。

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