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9 通往未来的一扇门(第6页)

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但我相信,迟早会有人嘲笑我的这番话,就像我们今天重新阅读20世纪30年代物理学家们关于反物质的辩论时露出微笑一样。

当时的伟人,狄拉克、韦尔、安德森,没有一个能想象到,仅仅几十年后,那些被他们称为正电子的奇怪粒子,每天都会用于数百家医院的正电子发射断层扫描术(PET)。

在世界各地,反物质不是被用来制造丹·布朗书中的恐怖炸弹,而是被用来诊断严重疾病或研究阿尔茨海默病患者大脑中的变化。

因此,我们有必要保持谨慎,并记住物理学家迈克尔·法拉第在回答英国财政大臣威廉·格莱斯顿的问题时所说的话:“但你发现这个东西究竟是为了什么?”

“我不知道,但很可能你很快就会对它征税。”

未来的挑战:日本和中国

希格斯玻色子的发现引发了一场充满**的科学辩论,也引发了与新一代加速器有关的重大政治策略,这些加速器将继承大型强子对撞机的成果。

下一步,重复发现W和Z玻色子所采用的方案,建造一个大型电子加速器。

正如建造大型正负电子对撞机是为了制造数百万个Z玻色子并精确测量它们的所有特性一样,现在我们想象一个机器,在这个机器里电子和正电子相互碰撞,对新的玻色子重复同样的操作。

一个真正的希格斯粒子工厂,在理想的实验条件下产生数百万个希格斯粒子,并精确地研究它们的所有特性。

自2011年12月以来,日本一直有重新启动国际直线对撞机(ILC)的想法,这是一个已经讨论了多年的倡议,而125GeV玻色子的证据让这个过程变得非常有趣。

既然已知希格斯粒子的质量,就可以很好地计算希格斯粒子产生的过程和可以使用的衰变模式。

国际直线对撞机项目计划让加速的电子和正电子在直线轨道上碰撞。

为了避免电子围绕圆形轨道运动的辐射问题,他们采用了一个激进的解决方案。

两束电子和正电子在相反的方向加速发射,在配备探测器的相互作用区相互碰撞。

尽管这一概念很巧妙,但技术上的困难限制了性能,尤其是亮度。

在线性加速器中,电子束和正电子束一旦交叉,就会被撞飞,给新的粒子束让路。

虽然新的注入速度很快,但它不可能每秒产生一万到两万次碰撞。

在圆形加速器中,光束可以在轨道上停留数小时,每秒穿越数十万次,直到它们失去强度并被替换为止。

这样就有可能产生更多的碰撞。

为了弥补这一缺陷,线性对撞机将光束集中到最大,集中到极致,将相互作用区缩小到无穷小的值。

这就造成了稳定性问题,因为每一个微小的扰动都可能导致亮度的损失。

国际直线对撞机项目提议将两束电子和正电子集中在5nm的尺寸上,这个尺寸比大型正负电子对撞机的尺寸小1000倍。

让两个如此微小的光束正面碰撞会带来前所未有的位置控制问题。

国际直线对撞机的物理程序预测在500GeV的质心碰撞,并假设之后达到1000GeV。

这些目标决定了加速器的长度,因为用于加速电子和正电子的谐振腔的性能受到了限制。

今天,在工业规模上生产出的最好的超导谐振腔,能够产生每千米24GeV的最大加速度。

目前正在开发国际直线对撞机的谐振腔,可达每千米35GeV。

通过这种方式,将光束发射15km,并配备数千个谐振腔,预计将达到500GeV。

整个加速器,包括两束粒子正面碰撞的区域,将成为一个长度约31km的线性基础设施。

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