新型强子对撞机规模大4倍，将探寻标准模型外的新粒子

欧洲核子研究组织（CERN）宣布新的粒子加速计划：未来环状对撞机（Future Circular Collider，FCC），规模将比目前世上最强大的大型强子对撞机（LHC）大4 倍，预计2040 年起投入运营。
大型强子对撞机是一座位于瑞士日内瓦近郊的对撞型粒子加速，圆周长27 公里，2012 年时以发现难以捉摸的希格斯玻色子（Higgs boson）而闻名天下，也因此让粒子标准模型得以完整。

在那之后，大型强子对撞机又陆续找到希格斯玻色子衰变为底夸克、希格斯玻色子与顶夸克同时生成等罕见物理现象，但似乎就此达到机生巅峰，没有再发现任何超出标准模型的新粒子（如超对称粒子），也无法解释暗物质、微中子质量来源、物质／反物质不对称性等谜题，欧洲核子研究组织物理学家Francesco Giudice 说，这表明我们需要一台能量更大的新型对撞机，才能突破极限。

该组织已在本月15 日正式提出报告，其中一个建议就是建造圆周长100 公里（足以包围整个日内瓦市）、规模比LHC 大4 倍、能量比LHC 高6 倍的新型加速，名为“未来环状对撞机”（Future Circular Collider，FCC），估计建造成本约102 亿至229 亿美元。
（Source：CERN）

未来环状对撞机将分阶段建成，囊括三台加速：FCC-hh、FCC-ee、FCC-he，第一阶段为FCC-ee 电子正子对撞机，碰撞能量365GeV，能让科学家更精确研究希格斯玻色子如何与另一个希格斯玻色子相互作用；第二阶段就是接替LHC 的新型质子对撞机，能量将高达100TeV（换算等于100,000GeV，相较之下LHC 的最大能量为16,000GeV）。

建成之后，FCC 将致力于 探索 未知的 95% 宇宙奥秘：什么是暗物质？真的有超对称粒子存在吗？

但不是每个物理学家都承认更大、更强的粒子加速是好投资。德国法兰克福高等研究院（Frankfurt Institute for Advanced Studies）理论物理学家 Sabine Hossenfelder 指出，没有充分理由相信新型加速能揭开新物理学，每个人都想得到这件事，但没人敢谈论。

Sabine Hossenfelder 认为，这一笔资金还不如拿去建设一架放在月球背面的电波望远镜，或是放置在地球轨道的重力波探测器，投资报酬率都比新型粒子加速要高。

你好
所有受到强相互作用影响的亚原子粒子都被称为强子。
1897年，剑桥大学卡文迪许实验室的约瑟夫·汤姆逊重做了赫兹的实验。使用真空度更高的真空管和更强的电场，他观察出阴极射线的偏转，并计算出了阴极射线粒子（电子）的质量-电荷比例，因此获得了1906年的诺贝尔物理学奖。汤姆逊采用1891年乔治·斯托尼所起的名字——电子来称呼这种粒子。至此，电子作为人类发现的第一个亚原子粒子和打开原子世界的大门被汤姆孙发现了。在此之前已有很多人对此做过很多研究。电子应就是最早发现的强子。

高能物理对撞机可以按照其加速粒子的种类进行分类，强子对撞机是其中一种，它加速的粒子是强子。由夸克组成的粒子称为强子，它包括重子和介子。介子一般是高能物理过程中的产物，极不稳定，短时间内就会发生衰变，因此不会是对撞机用来加速的粒子。在重子中，相对稳定的是质子和中子，而中子不带电，无法实现加速过程。也就是说，目前可行的强子对撞机所加速的粒子是质子。当前世界上能量最高的强子对撞机位于瑞士日内瓦，由欧洲核子研究中心建造的大型强子对撞机将投入运行，届时将成为世界上能量最高的强子对撞机，它能使质子－质子在14TeV的质心能下对撞。 大型强子对撞机磁体高16米，长、宽均有10多米，重达1920吨。工程技术人员专门建造了一个巨型吊架，用4根粗钢缆吊住这个磁体，借助液压顶泵将磁体缓慢放入隧道。它长达27公里的环形隧道可被用来加速粒子，使其相撞，创造出与宇宙大爆炸万亿分之一秒时类似的状态。在高能物理实验中，粒子加速和探测器是常用设备。探测器用来探测碰撞产生的微小粒子，记录粒子能量、质量

现在已经确定了希格斯玻色子，大型强子对撞机的科学家们已经把目光投向了一个更加难以捉摸的目标。我们周围到处都是暗物质和暗能量：一种将星系“捆绑”在一起的无形物质，但没有人能够直接探测到。
芝加哥大学(University of Chicago)物理学教授王连涛(音译)研究如何在大型粒子加速(如大型强子对撞机)中找到信号。王连涛教授以及来自芝加哥大学和隶属于芝加哥大学的费米实验室科学家们，认为他们可能能够带领我们找到踪迹。
发表在《物理评论快报》上的一篇论文中，他们提出了一种利用潜在粒子略慢的速度跟踪大型强子对撞机暗物质的创新方法。虽然暗物质和暗能量占了宇宙的95%以上，但科学家们只从它的影响中知道它存在——就像一个爱捣乱的人，你只能看到它把架子上的东西推开。例如，我们知道暗物质的存在，因为我们可以看到重力作用在暗物质上，这有助于束缚星系飞离。理论学家认为有一种特殊的暗粒子只偶尔与正常物质发生相互作用，比其他已知粒子更重，寿命更长，寿命可达01秒。
研究人员相信，这种粒子在10年内会有几次被大型强子对撞机不断制造和测量的质子碰撞所捕获。一个特别有趣的可能性是，这些长寿的暗粒子以某种方式与希格斯玻色子耦合，希格斯粒子实际上有可能衰变为这些长寿粒子。唯一的问题是把这些事件从其他事件中分离出来；在27公里的大型强子对撞机中，每秒有超过10亿次碰撞，每一次都向四面八方发射亚原子箔条。王连涛教授、芝加哥大学博士后研究员刘佳和费米实验室的科学家刘震(现就职于马里兰大学)提出了一种新方法来 探索 这种暗粒子的一个特定方面。
如果它有那么重，它需要能量来产生，所以它的动量不会很大——它的移动速度会比光速慢。这个时间延迟会把它和其他正常粒子区分开来，科学家只需要调整系统来寻找产生的粒子，然后比其他物质衰变得慢一点。两者之间差别在十亿分之一秒或更小的纳米级，但是大型强子对撞机已经拥有足够精密的探测器来捕捉这种差异；新研究使用了上次运行中收集的数据，发现该方法应该可以工作，而且作为目前正在进行升级的一部分，探测器将变得更加灵敏。
预计这种方法将使我们对长寿命暗粒子的敏感度提高一个数量级以上，同时利用在大型强子对撞机上已经具备的能力。科学家们说，实验人员已经在努力构建这个陷阱：当大型强子对撞机度提高10倍之后，于2021年重新启动时，所有三个主要的探测器都将实施这个新系统，科学家认为它有很大的发现潜力。如果粒子在那里，就得想办法把它挖出来，通常，关键是找到要问的问题。
博科园-科学科普｜研究/来自: 芝加哥大学

参考期刊文献:《物理评论快报》

101103/PhysRevLett122131801

博科园-传递宇宙科学之美

强子对撞器于北京时间2008年9月10日下午15：30正式开始运作，成为世界上最大的粒子加速设施。
在2008年9月19日，LHC第三与第四段之间用来冷却超导磁铁的液态氦发生了严重的泄漏，导致对撞机暂停运转
2010年3月19日，世界上最大的粒子加速大型强子对撞机（LHC），这个预期的建造总额约为八十亿元美金的世界最大型强子对撞机成功地打破了自身于2009年12月份创造的纪录，成为全世界能量最强的对撞机。
2010年03月30日欧洲核子研究中心30日宣布，当天开始实施的迄今最高能量的质子束流对撞试验，由于出现一系列故障，对撞时间可能至少推迟数小时。
欧洲大型强子对撞机成功重启
2015年4月5日，经过约两年的停机维护和升级后，欧洲大型强子对撞机重新启动，正式开启第二阶段运行。

---