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前沿物理学的进步得益于强大的粒子加速器,通过高能粒子的碰撞,物理学家逐渐理解了宇宙的本质。目前,大型强子对撞机(Large Hadron Collider,LHC)是世界上最大、能量最高的粒子加速器,但不久之后它的地位将会被打破。
根据科学家,LHC将一直运行到2020年代中期,届时可能需要10年的升级才能提高粒子的碰撞速率。LHC大大提高了我们对物质和标准模型的理解,但无法确认标准模型的每一个方面,也无法探索关于宇宙的其他关键问题。LHC存在极限,因此,为了实现更高的能量的碰撞,需要寻求LHC的继任者。
本周,未来环形对撞机(Future Circular Collider,FCC)组织了一次国际研讨会,数百名科学家齐聚德国讨论下一代粒子加速器的建造。根据初步拟定的计划,新一代粒子加速器长度将达到80至100公里,这是LHC的3倍,而能量则为LHC的7倍。
鉴于LHC花了近30年的时间才得以建成,预计其继任者的建造也将需要几十年的时间才能完成。当完成后,新一代粒子加速器将会以大约1000万倍闪电的能量把高能粒子束撞向对方,这将会进一步揭开宇宙的奥秘,包括神秘的暗物质和暗能量。
FCC的负责人Michael Benedikt教授指出,当科学家在研究星系的运动时,他们只能理解和解释观测到的5%。星系和恒星的运动并未按照理论预言的方式运动,唯一的解释是另外95%看不见的东西扭曲了它们的运动,这就是科学家设想中的暗物质和暗能量。
目前,LHC最重大的发现就是探测到了上帝粒子——希格斯玻色子,这是标准模型预言中的一种难以捉摸的粒子,它被认为是赋予宇宙万物质量的粒子。此外,LHC也有助于癌症治疗和医学成像。
科学家认为,下一代粒子加速器可能会引发物理学和医学以及其他领域的更大突破。未来环形对撞机具有更高的精度和能量,可以探测到LHC之外的新粒子以及相互作用,这可能是理解此前无法解释现象的关键。
为LHC的继任者所需的技术铺平道路,研究人员正在测试先进低温束真空系统的原型。该计划将需要大量的国际合作和资金,而且还需数十年的时间才能建成。
科技发展的水平取决于基础科学发展的水平,而基础科学的发展是依赖于对物质微观结构的认识,这就需要借助强大的粒子加速器。 |
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