歐洲將建超高能對撞機，或趕超我國規劃中項目，楊振寧曾公開反對

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希格斯玻色子（上帝粒子）的現世，增加了我們認識物質的精確度，也大大擴展了人類對基礎物理學的理解，而上帝粒子的發現正是得益於歐洲核子研究中心（CERN）的大型強子對撞機（Large Hadron Collider, LHC）。LHC是迄今最大、能量最高的粒子加速器，總長約27公里，能夠將兩束質子束分別加速到14TeV（14萬億電子伏特）的超高能量狀態，並使之對撞，這一能量狀態甚至可以比擬宇宙大爆炸後不久的狀態。

雖然這個位於歐洲瑞法交界處的大型強子對撞機建成僅僅10周年，仍然具有相當的科研價值與實用意義，但物理學家們並不滿足於此，已經開始著手開啟下一代更大型的粒子對撞機的建設——未來環形對撞機（Future Circular Collider, FCC）。這一項目已通過歐洲「地平線2020」計劃並得到了歐盟的大力支持。

本月（2019年1月）初，新一代超高能強子對撞機FCC項目的概念設計報告已經發布，由150所世界各地的大學、研究機構和工業合作夥伴的1300名研發者共同完成。在歷時5年研究的共四卷設計報告中，FCC的加速器設計規模長達100公里，幾乎是原LHC的四倍之長。

目前在運行的HE-LHC採用最新pp加速器，能量峰值已經達到了初始HL-LHC能量的兩倍（27TeV），集成光度是HL-LHC的三倍，但是這遠不及即將建設的FCC所能達到的能量。研究人員預計FCC粒子碰撞能量將達到HL-LHC的10倍（至少為100TeV），這將使科學家能夠研究希格斯玻色子和其它粒子之間的相互作用，幫助我們通過粒子碰撞來理解早期宇宙中物質的行為，甚至可以在更高的能量下尋找新的大質量粒子，是當之無愧的世界最強粒子碰撞機。

歐洲核子研究中心總幹事Fabiola Gianotti表示，「FCC概念設計報告是一項了不起的成就，它表明了聯邦通信委員會在提高我們對基礎物理知識的理解和推動對社會產生廣泛影響的技術方面的巨大潛力。」目前，FCC項目計劃建造初始的正負電子對撞機，在15-20年後可能進一步升級為質子對撞機。此外，這一過程中還將繼續在歐洲粒子物理戰略的背景下與其他發展方案（如緊湊型直線對撞機（CLIC））進行深入對比討論。

其實近年來，我國也在著手建設自己的對撞機。中國高能物理所（IHEP）主導的圓形正負電子對撞機（Circular Electron–Positron Collider, CEPC）的環形隧道長度同樣達到了100公里量級，能量則將是現有的LHC的6-7倍。目前，我國的CEPC正在等待最終審批結果，有希望於2022年開工建設。

值得一提的是，對於我國的這一計劃，著名物理學家、1957年諾貝爾物理學獎得主楊振寧先生曾提出了反對的看法，並於2016年與著名華裔數學家丘成桐展開了一場激烈辯論。楊振寧認為，我國目前仍是發展中國家，CEPC的造價超400億元，後期升級質子對撞機的費用更高達1000億元，這將對我國其他基礎學科的經費造成擠壓，不利於總體發展。

不過，CEPC的建設無疑將成為我國在高能物理領域達到國際領先地位的一個難得機遇。未來世界的高能物理領域可能將形成以中國和歐洲為代表的兩極格局，彼此競爭，促進發展。

作者/朱張航宇

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