物理学家们计划建设一个新的加速器，它的轨道周长将达到100千米，运行能量将达到大型强子对撞机（Large Hadron Collider, LHC)的七倍。

　　当欧洲的大型强子对撞机（LHC）在2008年试运行的时候，物理学家们只想着怎么让这台价值50亿美元的机器运转起来，此外别无所求。到了2012年，LHC发现了希格斯粒子，完成了它最初的使命，于是物理学家们开始兴致勃勃地设计一台新机器——超大型强子对撞机（Very Large Hadron Collider, VLHC）。

　　理论物理学家迈克尔·帕斯金（Michael Peskin）说：“仅仅是出于谨慎，就应该提前规划未来几十年。”帕斯金来自位于加州门洛帕克的斯坦福直线加速器中心（Stanford Linear Accelerator Center,SLAC），他于11月2日向美国政府的一个顾问小组展示了VLHC计划。

　　这台巨型机器将完胜它的所有前辈。以欧洲核子研究中心（CERN）位于瑞士日内瓦附近的粒子物理实验室LHC为例：LHC质子碰撞的能量最多达到14 TeV（万亿电子伏特），而VLHC能达到100 TeV；LHC需要的隧道周长为27千米，而VLHC将达到80到100千米。在过去十年中，全世界都没有足够的经费来实现这个设想。然而在2013年夏天的斯诺马斯会议上，数百位粒子物理学家云集明尼苏达州的明尼阿波利斯，制订粒子物理领域发展的长期规划，VLHC的计划脱颖而出。

　　一些物理学家提醒我们，VLHC只是粒子物理发展全球计划的一部分。其他重头戏包括：升级LHC，它2013年2月份关闭，为了进行两年的维护升级，目标是将能量从7 TeV提高到14 TeV；在日本建一个国际直线对撞机，将电子束和正电子束进行碰撞，作为对LHC质子碰撞实验的补充研究；深入研究费米国立加速器实验室产生的高密度中微子束，这是美国的一个主要项目，实验室位于伊利诺斯州巴达维亚。伊利诺斯州芝加哥大学的粒子物理学家乔纳登·罗斯纳（Jonathan Rosner）认为，这些即将开展的项目才应该成为大家关注的焦点。他说：“现在就只聚焦在VLHC还为时过早。”

　　粒子物理学家对VLHC的兴趣在某种程度上体现了他们正在回归传统：不断追求更高的能量，以寻找构成万物的基本单元。

　　粒子物理学家还需要证明这一切是值得的。希格斯粒子的发现为希格斯场论提供了支持，理论认为，一些粒子之所以具有质量，是因为它们与一个无处不在的、蜂蜜般粘稠的希格斯场发生了相互作用。但这个发现的其他方面仍然令人费解，例如希格斯粒子的质量为什么这么大。超对称理论提供了一种可能的解释，它认为在更高的能量级上，每个已知粒子都有对应的质量更大的粒子。尽管LHC还没有发现任何支持超对称理论的证据，帕斯金仍然希望能够在十年内发现一点线索，以进一步完善超大型对撞机的设计。

　　尼玛·阿卡尼-罕默德（Nima Arkani-Hamed）也是VLHC计划的支持者之一。他是新泽西州普林斯顿高等研究院的理论物理学家，将于12月到北京参加高能物理前沿研究中心的揭幕式。他说，这个研究中心的使命之一就是探索未来的质子对撞机的研究方向。剑桥麻省理工学院的加速器物理学家威廉·巴勒塔（William Barletta）也认为，这些工作对加速器的设计起着关键作用，设计出一个能最大限度地发挥科研经费的价值的加速器。他说：“我们不会纸上谈兵。”

　　巴勒塔补充说，要建一个100 TeV能量级的加速器，物理学家还需要研制更强大的超导磁体，它能够承受的磁场强度要从目前的14特斯拉提高到20特斯拉左右。铌锡合金有望成为制作超导磁体的新材料，它能承受较强的磁场，但是价格昂贵，并且需要在18开尔文(约合-255摄氏度）的低温下工作。（译注：电流会在导体中产生磁场，如果超导材料中的磁场强度超过了它的临界值，材料将变为普通导体。）

　　CERN也有与VLHC相似的研发计划。CERN加速器物理学家迈克尔·本尼迪克特（Michael Benedikt）领导一项关于“超高能量大型强子对撞机”的研究，实验在日内瓦湖下方进行。研究的基本参数和VLHC的设想相同，即加速器周长为80到100千米，碰撞能量100 TeV。本尼迪克特希望，加速器将于2020年后投入建设，在LHC于2035年永久关闭后及时接班。他说：“在高能物理的道路上，没有人愿意出现一个空白时期。”他补充说，目前还没法估计项目预算。不过其他物理学家猜测，为了获得政治上的支持，新一代粒子对撞机的成本要低于100亿美元。

　　本文编译自Nature:Physicists plan to build a bigger LHC

    本文版权属于果壳网 http://www.guokr.com/article/437596/