欧洲也要建希格斯工厂 将与中国超大对撞机竞争(图)

当地时间6月19日，欧洲核子研究组织（CERN）理事会公布了2020版欧洲粒子物理战略。该战略将引领欧洲粒子物理的未来发展，并对全球粒子物理学领域产生重要影响。

这份欧洲粒子物理战略提出近期和长期的发展愿景：即先建设一个正负电子对撞机作为“希格斯工厂”，未来再建设高能质子-质子对撞机。

如何看待最新版的欧洲粒子物理战略？欧洲计划建设的“希格斯工厂”，对我国高能物理科学家希望建设的超大对撞机有何影响？中科院高能物理所研究员、环形正负电子对撞机（CEPC）加速器负责人高杰接受科技日报记者采访，对此进行了专门解读。

2020版欧洲粒子物理战略公布

希格斯玻色子：解决最根本科学问题的突破口

最新版的欧洲粒子物理战略确定，最高科学优先事项是研究希格斯玻色子以及探索高能物理前沿。

2012年，科学家利用欧洲核子研究组织的大型强子对撞机（LHC）发现了希格斯玻色子。这种粒子又被称为“上帝粒子”。为何它成为最高科学优先事项？



粒子物理标准模型示意图。图片来源：中科院高能物理研究所官网

“希格斯玻色子是标准模型中最后一个，也是最重要的粒子。”高杰接受科技日报记者采访时解释说，希格斯玻色子被发现之后，粒子物理领域还面临诸多重大挑战，包括标准模型自然性、基本粒子的质量等级、物质-反物质不对称性、中微子质量、暗物质本质等问题。

“希格斯场是标准模型中的质量之源，而且与上述问题有直接而深刻的联系。精确研究希格斯玻色子的性质，是国际公认解决这些最根本科学问题的最重要的突破口和途径。” 高杰分析说。

“希格斯工厂”：建设下一个对撞机的首要任务

欧洲核子研究组织目前正将大型强子对撞机升级为高亮度大型强子对撞机（HL-LHC），并在未来10年内完成这一任务。根据该战略，这一工作仍然是当前欧洲粒子物理领域的重点。



用于高亮度大型强子对撞机的超导电缆

2020版欧洲粒子物理战略强调，需要寻求一个正负电子对撞机作为“希格斯工厂”，并使之成为下一步的最高优先设施，也就是建设下一个对撞机的首要任务。

这个正负电子对撞机“希格斯工厂”与当前的大型强子对撞机有何本质不同？

高杰介绍，大型强子对撞机是质子-质子对撞机，由于质子由若干夸克构成，而不是基本粒子，因此质子-质子对撞后在探测器中的背景非常复杂，不利于对与希格斯粒子相关的物理现象进行精确测量和研究。

“电子和正电子没有内部结构，通过正负电子对撞机‘希格斯工厂’，科学家可以对希格斯粒子的特性以及相关物理现象进行精确测量与研究。”高杰说。



CMS实验捕获希格斯粒子的示意图

三大项目互相竞争：谁能拔得头筹？

据介绍，高亮度大型强子对撞机预计将于2038年结束运行，而未来希望建设的正负电子对撞机可能在高亮度大型强子对撞机完成使命后10年之内开始运行，也就是2048年前开始运行。

“目前国际范围内希望建造的正负电子对撞机‘希格斯工厂’有以下几个项目：中国的环形正负电子对撞机（CEPC）；日本希望在岩手县承建的国际直线对撞机（ILC）；欧洲核子研究组织希望建造的正负电子对撞机。”高杰告诉科技日报记者。



欧洲大型强子对撞机

高杰介绍，这三个项目计划建设和投入运行时间是不同的。中国科学家计划CEPC在“十四五”期间开始建设，2030年左右投入运行；ILC计划投入运行的时间在CEPC之后；欧洲的正负电子对撞机“希格斯工厂”投入运行时间在三个计划中最晚。

“在国际合作之外，国际范围内‘希格斯工厂’的规划、建设与运行也呈现出一种竞争格局。第一个启动建设并投入运行的‘希格斯工厂’自然会取得战略主动地位和竞争优势。”高杰认为。

两步走路线图：与我国高能物理发展思路吻合

从更长远来看，2020版欧洲粒子物理战略提出，欧洲粒子物理共同体还希望实现以可达到的最高能量运行的质子-质子对撞机。



欧洲大型强子对撞机的准直器

“欧洲粒子物理战略是经过科学的程序，经过欧洲以及包括中国在内的世界各国粒子物理科学家充分讨论，还经过欧洲相关国家政府部门具体研究，最终得出的符合粒子物理发展的长远战略，对物质科学的长远健康发展具有重要意义。”高杰评价说。

高杰告诉记者，中国科学家于2012年希格斯粒子被发现后提出，在我国建造一台周长100公里的环形正负电子环形对撞机“希格斯工厂”，之后再建造一台超级质子-质子对撞机（SppC）。

“欧洲粒子物理战略与我国高能物理发展战略思路是高度吻合的。” 高杰说。 阅读原文