欧洲核子研究组织（CERN）提出了建造新加速器的大胆梦想，其速度是其27公里的大型强子对撞机（LHC）（目前是世界上最大的对撞机）的两倍，而功率却高达其六倍。
位于瑞士日内瓦附近的欧洲粒子物理研究中心（CERN）在1月15日发布的技术报告中概述了该计划。
该文件提供了未来圆形对撞机（FCC）的几种初步设计，这将是有史以来功能最强大的颗粒粉碎机，其具有各种类型的对撞机，成本大约为1/3。十亿欧元（102亿美元）至十亿欧元。这是实验室在一项名为“欧洲粒子物理更新策略”的优先级确定过程中的公开竞标，该过程将在未来两年内进行，并将对该领域的未来以及整个本世纪下半叶产生影响。
CERN理论部门负责人，战略更新过程物理筹备组实验室的吉安·弗朗切斯科·朱迪采（Gian Francesco Giudice）说：“这是一次巨大的飞跃，就像计划不是去火星，而是去天王星。”
自从LHC在2012年对希格斯玻色子进行了历史性发现以来，该对撞机尚未发现任何新粒子。Giudice说，这表明需要尽可能提高对撞机的能量。“如今，通过大胆的项目来探索最大的能量是我们在最根本的层面上破解自然之谜的最大希望。” / p>
诸如FCC之类的机器的潜力令人“兴奋”。以色列特拉维夫大学的物理学家Halina Abramowicz说，他负责欧洲战略更新过程。她补充说，FCC潜力将作为该练习的一部分进行深入讨论，并与其他拟议项目进行比较。
随后，由欧洲核子研究组织成员国的科学家和政府代表组成的欧洲核子研究委员会理事会将就是否资助该项目做出最终决定。
太贵了吗？
并非所有人都相信超级对撞机是一项不错的投资。德国法兰克福高级研究所的理论物理学家萨宾·霍森菲尔德（Sabine Hossenfelder）说：“没有理由认为这种对撞机将在能量范围内出现新的物理学。”“每个人心中都有梦but，但不想谈论。”？/ p>
Hossenfelder说，涉及的大量资金可能会更好地用于其他类型的大型设施。例如，她说在月球的远处放置一个大型射电望远镜，或者在轨道上放置一个引力波探测器，从对撞机的科学回报来看，两者都比对撞机更安全。
负责FCC研究的欧洲核子研究组织（CERN）物理学家迈克尔·本尼迪克特（Michael Benedikt）说，不管预期的科学成果如何，超级对撞机设施都值得建造。各种各样的最大规模的努力和项目是建立网络的巨大开端，这些网络将跨境，跨国家的研究机构连接起来。所有这些东西共同构成了推动此类独特的科学计划的一个很好的论据。
但是霍森费尔德说，类似的论点也可以支持其他大型科学项目。
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根据欧洲核子研究组织（CERN）的说法，FCC研究于2014年开始，涉及1,300多名参与者，并获得了欧盟委员会Horizon 2020研究资助计划的资助。该研究概述的大多数情况都涉及在现有的大型强子对撞隧道旁边挖一个100公里的隧道。以及表面上相关基础设施的成本约为？欧洲核子研究组织说。
在这样的隧道中建造的数十亿欧元的机器可以以高达365吉电子伏特（GeV）的能量粉碎电子及其反物质对应的正电子。这样的碰撞将使研究人员能够以比质子-质子碰撞器（例如LHC）更高的精度研究已知粒子（例如希格斯玻色子）。该研究计划将在LHC及其计划的升级版本运行后的2040年左右开始。
在大型强子对撞机运行之后，物理学家们长期以来就计划建造一个国际线性对撞机（ILC），而且这种对撞机还会粉碎电子和正电子。日本科学家在2012年提出主办ILC的提议。但是大型强子对撞机未能发现任何无法预料的现象，削弱了线性对撞机的作用。这是因为ILC所达到的能量仅足以研究希格斯玻色子，而无法发现CERN计划的对撞机可能会发现的更高能量下可能存在的任何新粒子。日本政府将在3月7日之前决定是否要主办ILC。
报告中概述的另一种选择是在同一条隧道中建造50亿英镑，100公里的质子“质子碰撞器”（也称为强子碰撞器），其能量最高可达100,000 GeV。大型强子对撞机的最大容量为16,000 GeV。但是更有可能的是，到2050年代后期，将首先制造电子-损耗正电子机器，然后再制造质子-损耗子碰撞器。无论哪种方式，高能量机器都将寻找全新的粒子，这些粒子可能比已知粒子更重，因此需要更多的能量来产生。
强子对撞机仅比德克萨斯州的超导超级对撞机（SSC）长15％，该项目在1990年代出于成本考虑而放弃，当时其隧道已经在施工中。但是由于技术上的进步（特别是在使质子弯曲绕环的磁体中），提出的强子对撞机将以比SSC预测能量高两倍的能量粉碎粒子。
尚有许多研究和开发工作要做，这是首先制造低能耗机器可能有意义的原因之一。Giudice说：“如果明天有一条100公里长的隧道准备就绪，我们可以立即建造电子正负电子对撞机，因为该技术已经存在。”“对于100兆电子伏的对撞机所需的磁体，还需要进行更多的研究和开发。”
中国竞争对手
中国科学院高能物理研究所所长王一芳说，他毫不怀疑欧洲核子研究组织可以开展这样的项目。ERN拥有悠久的成功历史。他说，它具有技术能力，管理技能以及与政府的良好关系。
Wang在中国领导着一个类似的项目，他说，就科学目标和技术可行性而言，两项努力都令人放心地得出基本相同的结论。他说，特别是先进行电子-正电子碰撞然后再移至强子是自然的选择。
强子对撞机增加的大部分成本将来自对强大的超导磁体和巨大的氦低温系统的需求，以使其保持低温。与强子相撞的FCC旨在开发，建造和部署基于超导合金Nb3Sn的16特斯拉磁体，该磁体的强度是大型强子对撞机的两倍，而原则上只需要稍高的温度即可。中国正在推动开发更先进的“但未经证实”的铁基超导体，这可能会使温度进一步升高。王说：“如果您能够以20开尔文的温度进行加工，那么您将节省很多。”
即使粒子物理学家同意世界需要一个100公里的对撞机，也不清楚是否需要两个。哪一方首先进行这样的项目可能会抢先另一方的努力。王说，任何一种对撞机都可以进行向更广泛的国际社会开放的实验，因此就将要完成的科学而言，这不会产生任何影响，而最终将被建立起来。
自然565，410（2019）
