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另一方面,质子加速器的探测器本身极其复杂—它们需要新技术和至少10年的发展,才能开始生产工业规模的各种组件。
电子和正电子对撞机项目专注于希格斯粒子、标准模型的顶夸克和基本参数的精确测量。
预计机器运行在90GeV将产生大量Z玻色子,然后切换到160GeV时产生W玻色子对,上升到240GeV产生与Z玻色子相关的希格斯粒子,最后达到350GeV产生顶夸克对。
对于希格斯粒子与其他粒子的耦合性研究,电子和正电子对撞机期望精确度在1%~0.1%之间。
利用质子—质子对撞加速器100TeV的能量,探索比大型强子对撞机高7倍的能量级将成为可能。
在几个TeV到几十个TeV之间任何新的质量状态都可以直接被识别出来。
如果希格斯玻色子是基本的或者有内部结构,我们也可以理解,也可以研究自发电弱对称性破缺的细节,这对理解我们周围的世界具有决定性的意义。
质子—质子对撞加速器的高亮度,比大型强子对撞机高10倍,最终可以产生数百万的希格斯玻色子,从而将电子和正电子对撞机的精确测量扩展到更难测量的粒子参数。
我们与这个宏伟计划的差距在于,首先,这个项目的成本仍然难以评估,但150亿~200亿欧元的投资是需要的。
另外,许多技术上的困难也不容忽视,要生产16吨或20吨的超导磁体。
为此,由欧洲核子研究组织领导的研究小组正在进行密集研究和开发活动,以期在2018年制造出第一个现实的原型。
他们面临的其他挑战还包括:如何管理束中储存的巨大能量及其平均寿命,如何使用冷却系统来消除真空管辐射产生的热量,以及如何保护系统以及辐射对机器部件本身造成的损害。
还应该记住的是,质子—质子对撞加速器的探测器是比大型强子对撞机要复杂一个数量级的仪器,因此需要进一步的技术飞跃作为支撑。
然而,毫无疑问的是,欧洲正在用未来环形对撞机项目发起挑战,并在关于未来加速器的世界辩论中占据了中心舞台。
另外,美国似乎对这一切保持低调。
那些曾经是该领域无可争议的重要地位的国家,以某种方式参与了欧洲、中国和日本的倡议,但没有提出另一种选择,或正在争取领导讨论中的大型基础设施之一。
美国物理学家最初唯一的提议是回到达拉斯附近的沃克西哈奇,建造欧洲人希望在日内瓦附近建造的100TeV质子加速器。
他们的想法是利用已经为超导超级对撞机挖掘的几十千米的隧道,快速完成87km的长度,并使其成为希格斯工厂,一个类似电子和正电子对撞机的240GeV正负电子加速器。
然后利用得州有利的地质条件,挖掘一条270km长的隧道,装备5T的磁铁(一项众所周知的技术),以达到质子对撞机的100TeV。
87km长的隧道还可以为加速器安装一个15TeV的注入器。
在后期,当15T磁铁的技术可用时,270km长的隧道可以装备新的磁铁,从而达到300TeV。
尽管规模庞大,但支持者认为其成本和交货期将大大优于未来环形对撞机项目。
这种方法虽然有趣,但还没有被认为是其他提议的替代方案。
寻找至高无上的地位
以新加速器项目为开端的场景,让我们能够理解科学政治在国际层面上的重大策略。
它包含了许多新颖的元素。
首先,正如前面提到的,美国似乎已经同意扮演次要角色。
其次,他们被超导超级对撞机项目的失败重创,还遭受了欧洲核子研究组织致命的双击。
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