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粒子加速器可以加速到多快

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粒子加速器可以加速到多快

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擁有世界上最大粒子加速器的CERN正在考慮建造一個新的更大的加速器 。最近，該組織理事會宣布開始對這一計劃進行可行性研究 。
【粒子加速器可以加速到多快】
圖中的小圓圈是目前的大型強子對撞機，大圓圈是正在研發的全新加速器 。(歐洲粒子物理研究所)
歐洲粒子物理研究所現有的大型強子對撞機(LHC)是世界上最大的粒子加速器，總長27公里 。他們正在考慮建造一個總長80 ~ 100公里的新加速器 。這臺儀器中粒子的最大能量將是現在的7倍 。
歐洲核研究組織總干事法比奧拉·吉安諾蒂說，這個項目將耗資200億美元 。
早在大型強子對撞機啟動前的2010年，物理學家就開始討論下一代加速器應該是什么樣子 。2000年初，討論集中在30公里的直線加速器上，它可以加速電子，并在撞擊后產生正電子 ?？茖W家認為，直線加速器和環形對撞機有很好的互補效應 。
兩種加速器各有千秋 。質子加速器或環形加速器可以達到更高的能量，有希望發現新的重粒子 。但質子由不同的夸克組成，撞擊后情況復雜；但是電子和正電子是不能再分裂的基本粒子，它們的撞擊情況非常清楚 。過去，物理學家經常從質子加速器中發現新的粒子，然后使用正負電子加速器進行進一步的研究 。
這正是目前科學家構想的大致方案 。2012年，LHC擊倒了希格斯玻色子，這是標準粒子模型預測的最后一種粒子 。許多研究人員期待一臺正負電子對撞機來研究希格斯玻色子 。如果發現這種粒子的特性與標準模型不符，就意味著物理學家必須更新這個已經有40年歷史的理論模型 。據信，一些日本物理學家正在考慮建造一臺直線對撞機 。
然而，近年來，一些物理學家提出了另一個計劃，建造一個長度為80 ~ 100公里的環形正負電子對撞機來研究希格斯玻色子 。然而，這種設計有明顯的缺點 。電子質量很小 。當在圓形軌道上加速時，它們會發出大量的X射線并損失能量，這將限制粒子所能達到的最大能量 。
但是也有優點 。這個隧道將來可以用于高能質子碰撞實驗 。實際上，這是LHC的歷史——從1989年到2000年，LHC被用作正負電子對撞機，然后它被改為質子對撞機 。
目前看來，這是最有可能被CERN采納的方案，但尚未確定 。一些物理學家已經完成了直線對撞機的設計，不排除有這樣的計劃 。第一階段的可行性研究將于2026年或2027年完成，屆時CERN將確定其長期戰略 。
當然，這也取決于LHC是否還能找到值得研究的更新粒子 。否則，恐怕很難說服歐洲各國政府花200億美元僅僅是為了研究希格斯玻色子 。

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