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《2020欧洲粒子物理学战略》发布意义深远

2020-06-23 00:00 来源:科技日报 本报记者 刘 霞

  CERN拟议建造未来环形对撞机接棒LHC。图片来源:《自然》杂志官网

  据欧洲核子研究中心(CERN)官网近日报道,经过近两年讨论和审议,6月19日,CERN理事会全票通过新的《2020欧洲粒子物理学战略》,这为欧洲粒子物理学未来的发展指明了方向,也将对全球粒子物理学未来的发展产生重要而深远的影响。

  粒子物理学领域的诸多发现改变了人们对宇宙的认知,但宇宙间仍有很多奥秘有待揭示,例如暗物质的本质、正反物质不对称、中微子的质量等。《2020欧洲粒子物理学战略》致力于解决这些悬而未决的问题。

  CERN称,新战略确定的最高科学优先事项是研究希格斯玻色子和高能量前沿探索。为此,CERN确定了“两步走”的路线图:先建造一台正负电子对撞机——旨在获得大量希格斯玻色子,再建造未来环形对撞机(FCC)。

  CERN总干事法比奥拉·贾尼奥蒂对英国《自然》杂志表示:“我认为对CERN乃至全球粒子物理学的发展来说,这都是具有历史意义的一天。”

  两步走战略

  2012年,CERN的“当家花旦”大型强子对撞机(LHC)首次发现所谓“上帝粒子”——希格斯玻色子,科学家认为,希格斯玻色子有望成为开启新物理学大门的“钥匙”。

  据《自然》杂志6月19日报道,为进一步揭示希格斯玻色子的秘密,并推动高能物理学的发展,CERN发布的新战略拟建造一台周长100公里的圆形超级对撞机,而且,整个过程将分“两步走”。

  首先,CERN将建造一台正负电子对撞机,以制造出大量希格斯玻色子,并详细了解其性质。其次,在本世纪后期,正负电子对撞机被拆除,并在此基础上建造新的质子对撞机——FCC。LHC的最大对撞能量为16太电子伏特(TeV);而FCC的最大对撞能量将高达100太电子伏特,其目标是寻找新的粒子或自然力,并扩展或替换现有的粒子物理学标准模型。

  贾尼奥蒂说:“这是一个雄心勃勃的战略,它以审慎而循序渐进的方式概述了欧洲和CERN的愿景。”

  据悉,LHC目前正在进行升级,将于2021年5月重启,并一直运行到2024年底,2025年将再开启新一轮升级,直到“高亮度LHC”于2027年“闪亮登场”,并有望运行至2038年。CERN计划在高亮度LHC马力全开后不到10年时间内,完成正负电子对撞机的研制工作。

  《自然》杂志的报道指出,这台正负电子对撞机将产生大量希格斯玻色子,从而使科学家能对希格斯玻色子开展高精度测量,绘制希格斯玻色子与其他粒子相互作用的详细图景。

  国际合作将更开放深入

  新战略除了为欧洲粒子物理学的发展指明方向之外,也为未来可能的、更深入开放的国际合作表明了态度。

  科学界已经广泛认识到粒子物理学将朝着更高能量和更小尺度迈进,该战略的另一项重要建议是,欧洲应与世界各地的团体携手合作,研究建造能达到最高能量的下一代强子对撞机的可行性;还呼吁CERN参与由日本主导的国际直线对撞机(ILC)的研制工作,ILC也旨在制造出足够数量的希格斯玻色子,从而确定这种难以捉摸的粒子的性质。

  此外,新战略还进一步建议欧洲继续支持日本和美国的中微子项目,与天体粒子和核物理领域广泛开展合作,与非欧洲国家持续开展合作。

  《自然》杂志的报道指出,鉴于FCC的造价高达210亿欧元,因此,CERN除了从成员国获得常规预算外,还不得不从其他国家寻求建造资金。

  CERN前总干事克里斯·莱韦林·史密斯说,可能需要美国、中国和日本等欧洲以外的国家加入CERN,以成立一个新的全球性组织。他说:“新组织将需要一个新架构。”

  贾尼奥蒂说:“我们将继续加大并夯实CERN与各成员国及其他研究机构之间的合作,这些合作是科学技术持续进步的关键,也将造福社会。”

  期待“撞出一番新天地”

  《2020欧洲粒子物理学战略》还强调,要加强对先进加速器、探测器和计算技术的研发工作,这些技术不仅是开展所有未来项目必要的先决条件,也将对社会经济发展带来潜在好处。

  新战略认为,研究人员在加速器、探测器和计算技术等领域所取得的进步将对医学和生物医学技术、航空航天应用、文化遗产、人工智能、能源、大数据和机器人等产业产生重大影响。此外,与大型研究机构的合作有助于推动产业创新。而且,对“初出茅庐”的职业科学家、工程师、技术人员和专业人员开展相关培训也为各行业乃至社会储备了宝贵的人才库。

  英国利物浦大学物理学家塔拉·希尔斯表示:“找到答案的唯一方法是通过实验;找到答案的唯一地方是我们尚未涉足之地。”

  新对撞机或许可以为粒子物理学撞出一番新天地,再次刷新人类的认知。

(责任编辑:王蔚)

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