CERN计划制造更大的粒子对撞机 距离更长 体积更大

欧洲核子研究组织欧洲核子研究中心（CERN）希望建造一种能够使大型强子对撞机（LHC）相形见绌的粒子对撞机。大型强子对撞机已经取得了重要的发现，并且计划对其动力进行升级，以确保它在未来继续处理物理问题。但最终，解开物理学的秘密还不够。最终，我们需要更大更强大的东西。

进入未来的圆形对撞机（FCC）。美国联邦通信委员会将超过LHC的功率一个数量级。1月15日，FCC合作发布了概念设计报告（CDR），为CERN未来的圆形对撞机提供了选项。

美国联邦通信委员会是欧洲核子研究中心未来路线图的一部分。2014年，欧洲核子研究中心开始研究FCC概念，为LHC后的生命做准备。大型强子对撞机不会很快到达任何地方，实际上它现在正在升级。但是它能做什么是有限的，并且限制了它的强大程度。最终它将需要一个继任者。

“FCC将以前所未有的能量和强度提供电子 - 正电子，质子 - 质子和离子 - 离子碰撞......”

CERN新闻稿，2019年1月15日。

目前，这份报告都是关于战略和流程的。根据欧洲核子研究中心的一份新闻稿，欧洲应该“在下一次战略更新时”能够在欧洲核子研究中心提出雄心勃勃的LHC后加速器项目。它还说，“FCC将以前所未有的能量和强度提供电子 - 正电子，质子 - 质子和离子 - 离子碰撞，可能发生电子 - 质子和电子 - 离子碰撞。”

“FCC概念设计报告是一项了不起的成就。它显示了联邦通信委员会在提高我们对基础物理知识和推动许多对社会产生广泛影响的技术方面的巨大潜力，“欧洲核研究组织总干事法比奥拉吉亚诺蒂说。“在提出新的艰巨挑战的同时，联邦通信委员会将从CERN的专业知识，加速器复合体和基础设施中受益匪浅，这些技术已经发展了半个多世纪。”

该公告的重点是在大型强子对撞机上发现希格斯 - 玻色子。这是一个了不起的发现，也是理论长期预测的发现。但是我们仍然不了解希格斯 - 玻色子，并且理解它需要比LHC更强大的粒子对撞机。物理学家认为，希格斯 - 玻色子可以为物理开辟一扇新的大门，但打开那扇门需要更强大的粒子对撞机。

FCC质子对撞机将使用新一代超导磁体，并为研究物理提供了许多新的机会。它被设计为在100 TeV和更高的能量下执行，这意味着它将允许研究Higgs粒子以极高的精度相互作用。

新的粒子对撞机还将利用其能量来探测暗物质，试图了解物质在反物质上的流行程度，并尝试解释中微子质量。

它甚至可以找到新的大质量粒子，并且可以彻底探索电磁 - 对称性破坏在我们宇宙历史中的作用。联邦通信委员会还将碰撞重离子，维持丰富的重离子物理计划，以研究早期宇宙中的物质状态。

在初步设计研究之后，在未来探测器的中心发生碰撞事件的艺术印象。图片来源：CERN。

如果建成，FCC将与LHC即日内瓦盆地位于同一地点。新的粒子对撞机直径在80到100公里（50到62英里）之间。

“美国联邦通信委员会的最终目标是提供一个100公里的超导质子加速器环，能量高达100 TeV，比LHC强大一个数量级”，CERN加速器和技术总监FrédérickBordry说。“美国联邦通信委员会的时间表预计从电子正电子机器开始，就像LEP先于LHC一样。这将使丰富的计划在整个二十一世纪受益于粒子物理学界。“

“质子对撞机已成为几代人以最小规模投资新物理的首选工具。一个大的质子对撞机将在这次探索中向前迈进，并决定性地将物理计划扩展到大型强子对撞机和可能的电子 - 正电子对撞机提供的结果之外。“欧洲核子研究中心研究和计算部主任埃克哈德埃尔森说。

欧洲核子研究中心的视频“设计未来的圆形对撞机”中的场景。新的粒子对撞机将建在日内瓦盆地附近的大型强子对撞机上。图片来源：CERN。

新的粒子对撞机将是一个庞大的工程项目。对于100公里的隧道，预计成本在90亿欧元范围内。如果一切按计划进行，它将在2040年开始其物理计划，就在High-Luminosity LHC结束时。起初，粒子对撞机将作为电子 - 正电子对撞机运行，并为物理界服务15至20年。然后，它将在20世纪50年代后期变成使用相同隧道的超导质子机器。这将花费额外的150亿欧元。

CERN粒子碰撞器的时间线。图片来源：CERN。

在建造时，新的粒子对撞机将成为粒子物理研究的世界中心，就像LHC一样。它将成为工程，技术，科学和工业创新的驱动力。它还将培养下一代物理学家和研究人员。