作者 | Banks
翻譯 | 尹有為
校對和翻譯 | 楊令南
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歐洲核子研究中心主任 告訴《物理世界》，實驗室正在籌劃下一個超越大型強子對撞機的重大粒子物理實驗。
歐洲核子研究中心的大型強子對撞機目前正在進行重大升級，升級后其亮度將提高十倍。
“與粒子物理學一樣，歐洲核子研究中心正處于發展的十字路口，”邁克爾·班克斯寫道。歐洲核子研究中心的大型強子對撞機 (LHC) 自 2012 年被發現以來，一直在產生大量希格斯玻色子，但尚未發現任何超出標準模型的粒子，這讓公眾感到沮喪和困惑。LHC 目前已關閉，正在進行大規模升級的第一階段，升級將使其亮度增加到原始設計的 10 倍以上。物理學家們希望，一旦對撞機在 2026 年再次啟動并運行，將探測到大量新粒子。
然而，一些人認為，實現“新物理學”突破的最佳途徑可能是對希格斯玻色子的精確研究，而這只能通過將電子撞擊正電子來實現。這種碰撞比大型強子對撞機的質子-質子碰撞更精確，后者產生的碎片會影響測量的精度。鑒于粒子對撞機需要幾十年才能啟動和運行，粒子物理學家已經在規劃一臺電子-正電子對撞機，該對撞機將在 2030 年代中期大型強子對撞機最終關閉后啟動。
其中一項領先的設計是國際直線對撞機 (ILC)，日本粒子物理學界最初對此表示了興趣。然而，與這種規模的粒子物理項目一樣，成本上升迫使設計人員將其運行能量減半，日本政府最近才對該項目表示出興趣。歐洲核子研究中心有自己的線性電子-正電子對撞機 (稱為緊湊型直線對撞機) 提案，其運行能量將高于 ILC。這些直線機器有一個很大的優勢 - 它們產生的光度比圓形對撞機更高，在圓形對撞機中，電子在圓形軌道中運動時發射同步輻射會損失能量。
然而Fabiola物理學家，低于這個閾值時，環形對撞機的亮度更高。鑒于希格斯玻色子的質量只有 2.5 公里，環形機器可能是下一步，特別是因為粒子物理學家擁有數十年建造此類設備的經驗，他們可以在一個環周圍放置多個探測器。但環形對撞機最大的缺點是項目規模龐大。未來的 CERN 環形對撞機和中國的環形電子-正電子對撞機都設想了一個周長約 100 公里的大型地下儲存環。即使隧道可以升級以容納質子-質子對撞機，這些項目也非常昂貴。
歐洲粒子物理界正準備更新其未來戰略，并確認首選設計。明年對于規劃下一臺對撞機至關重要。2019年2月，美國科學促進會2019年年會在華盛頓舉行。美國科普作家理查德·布勞斯坦（ ）在會上采訪了時任歐洲核子研究中心主任的法比奧拉·賈諾蒂（ ），以進一步了解粒子物理研究的現狀。賈諾蒂任職第三年，將于2020年底上任。
：CERN 的生活
于1960年出生于羅馬，1989年獲得米蘭大學實驗粒子物理學博士學位。自1994年起，他在歐洲核子研究中心物理系擔任物理研究員，在該中心從事許多實驗，參與探測器的研發和建造、軟件開發和數據分析。
2009年，她被任命為ATLAS實驗的發言人留學之路，并與時任緊湊型μ子螺線管（CMS）探測器發言人的喬·因坎德拉（Joe ）（以漫畫式的筆跡而聞名）于2012年7月4日在歐洲核子研究中心（CERN）研討會上介紹了希格斯玻色子的研究成果。
2016 年 1 月 1 日，吉亞諾蒂接替羅爾夫·霍伊爾出任歐洲核子研究中心主任，成為首位擔任該職位的女性。吉亞諾蒂將任職至 2020 年底。
問：從發現希格斯玻色子到現在已經快七年了，您能總結一下目前粒子物理學的發展狀況嗎？
“就粒子物理學而言，我們正生活在一個激動人心的時代。一方面，標準模型非常成功地描述了已知的基本粒子及其相互作用。隨著2012年大型強子對撞機（LHC）發現最后一個‘缺失的拼圖’希格斯玻色子，標準模型預測的所有粒子都已被發現。此外，在過去的幾十年里，標準模型的預測已經通過歐洲核子研究中心和世界各地實驗室的極其復雜的實驗得到驗證。另一方面，標準模型還不是粒子物理學領域的終極理論，因為它仍然無法解釋一些現象，如暗物質、宇宙中物質對反物質的主導地位以及其他一些未解決的問題。所以，物理學絕對不局限于標準模型?！?span style="display:none">h4x物理好資源網(原物理ok網)
問：這是因為大型強子對撞機（LHC）未能發現超出標準模型的粒子的證據嗎？
希格斯玻色子的發現是一個里程碑事件。它改變了我們對基礎物理學的理解，對粒子物理學和宇宙學等其他領域具有深遠影響。我們面臨的未解決問題需要新物理學，例如新粒子和新相互作用。我們還沒有發現任何東西，但我們將繼續探索。準確測量已知粒子及其相互作用與發現新粒子一樣重要，可以提高我們目前的知識并發現新物理學的跡象。
問：您如何通過 LHC 項目解決這個問題？
“希格斯玻色子是標準模型中最難理解的部分，因為希格斯玻色子及其與其他粒子的相互作用會帶來很多新問題。因此，我們需要利用現有和未來的設備提高精度，更詳細地研究希格斯玻色子，這將是通往新物理學領域的大門。在大型強子對撞機項目中，我們在提高對希格斯玻色子的認識的同時，也在探索新粒子、新現象和新興的物理學領域。”
歐洲核子研究中心最近公布了未來環形對撞機 (FCC) 的計劃?？紤]到其 250 億美元的造價，這是一個好的前景嗎？
“為了未來粒子物理研究的需要，我們目前確實在研究大型強子對撞機（LHC）以外的對撞機。我們現在有兩個概念，一個是緊湊型線性對撞機（CLIC），產生的電子-正電子碰撞能量高達3TeV，可以用來研究希格斯玻色子和頂夸克。另一個是未來環形對撞機（FCC），這是一個周長100公里的環形對撞機，既可以作為電子-正電子對撞機，也可以作為質子-質子對撞機，產生的碰撞能量可達200??。目前，兩個項目都還處于設計研究階段，尚未獲得批準。歐洲粒子物理界正在研究更新歐洲粒子物理學的未來發展路線，預計明年初將在兩個項目中做出選擇。緊湊型線性對撞機（CLIC）和未來環形對撞機（FCC）都將分幾個階段實現，因此成本將 “這個過程需要幾十年的時間。粒子物理學的歷史發展表明，當我們推動技術進步時Fabiola物理學家，它將給社會帶來巨大的利益，因此我們也應該能夠降低項目的成本。”
問：未來的環形對撞機將如何增進我們對希格斯玻色子的理解？
“未來環形對撞機作為一臺電子-正電子對撞機，將使我們能夠以前所未有的精度測量希格斯玻色子耦合（希格斯玻色子與其他粒子相互作用的力）。未來環形對撞機作為一臺質子-質子對撞機，將通過提供有關希格斯玻色子本身如何相互作用以及質量創造機制在宇宙歷史的特定時刻如何運作的信息來補充這些研究。這兩臺機器將共同為我們提供有關這種特殊而神秘的粒子屬性的最精確信息?！?span style="display:none">h4x物理好資源網(原物理ok網)
歐洲核子研究中心成立的主要目標有兩個：成為科學研究的卓越中心和促進歐洲國家之間的和平合作。
問：日本政府對國際直線對撞機（ILC）項目表示了興趣，但尚未決定是否建造。如果日本政府最終決定推進該項目，CERN 是否會追隨 ILC 項目的腳步建造下一個大型粒子物理機器？
“日本政府考慮建造直線電子-正電子對撞機，表明國際社會對希格斯玻色子這一基礎物理研究的基本工具有著濃厚的興趣。如果日本政府決定推進國際直線對撞機，他們將與國際社會，包括加拿大、歐洲、歐洲核子研究中心、美國和其他潛在合作伙伴，協商加強國際合作。在這種情況下，歐洲核子研究中心很可能會選擇建造一個質子-質子環形對撞機來補充國際直線對撞機?！?span style="display:none">h4x物理好資源網(原物理ok網)
問：如果日本政府決定建造國際直線對撞機，而中國政府也選擇建造自己的100公里環形正負電子對撞機（CEPC），CERN是否會面臨落后的風險？
“國際直線對撞機和環形正負電子對撞機都是正負電子對撞機，我們還需要質子-質子對撞機來產生新的重粒子，以便在能源領域和新物理研究上取得更大的突破。未來環形對撞機質子-質子對撞的碰撞能量可以達到大型強子對撞機（LHC）的10倍以上，這將大大提升新物理的研究潛力。”
問：您擔任 CERN 主任的任期已過半。您對剩余的任期有什么計劃？
“未來幾個月，我們的主要目標將是更新《歐洲粒子物理戰略》，該戰略將于 2020 年 5 月完成。我們需要確定該領域最合適的發展重點，并開始為后 LHC 時代做準備。幾十年來，加速器一直是我們在粒子物理領域發現的主要工具，未來它們仍將發揮重要作用。尚未解決的問題既緊迫又困難，無法通過任何單一工具解決。例如，我們還不知道尋找暗物質的最佳工具是什么。它可能是加速器，尋找星系暈中暗物質粒子的地下探測器，宇宙學測量實驗，或其他東西。因此，我們必須充分利用科學界在過去幾十年中開發的所有實驗方法，加速器也將發揮其作用?！?span style="display:none">h4x物理好資源網(原物理ok網)
問：粒子物理學領域的合作日益增多，有數千名科學家共同合作。您認為是否存在“群體思維”的風險？
“在基礎物理領域，合作非常重要。CERN匯集了來自110多個國家的1.7萬名物理學家、工程師和技術人員。合作是根本，因為我們從事的物理研究需要加速器、探測器、計算基礎設施等多種設備，沒有一個國家單獨具備這些條件。我們需要集中、整合各國的人力、物力，盡最大努力取得成功。小項目、小課題固然可以取得重大科技突破，但不能發現希格斯玻色子、引力波、中微子振蕩等重大科技成果。我們既需要重大科技項目，也需要小科研課題，這取決于我們要解決什么問題?！?span style="display:none">h4x物理好資源網(原物理ok網)
問：CERN 的成立理念是科學外交。該中心如何在實驗中傳播這一理念？
“1954年CERN成立時，歐洲正從二戰中恢復。CERN成立時懷揣著兩大目標：打造卓越的科學研究中心和促進戰后歐洲國家的和平合作。事實上，CERN在科學研究和全球合作方面已經遠遠超出了這兩個目標。我相信，如果當初創立CERN的前輩們看到我們64年來所取得的成就，一定會感到自豪和驕傲?！盋ERN還把自己的價值觀和理念傳播到了位于約旦首都安曼附近的中東同步加速器光源實驗科學與應用中心（MESC）。該中心采用與CERN類似的管理方式和相同的創始理念，即提供高質量的科學、發展實力和促進和平合作。該中心成為了CERN最好的衍生文化?！?span style="display:none">h4x物理好資源網(原物理ok網)
問：科學外交在當今世界可以發揮什么作用？
“科學具有普世性和統一性，在當今分裂的世界中可以發揮主導作用?？茖W具有普世性，因為它基于客觀事實而非主觀意見，自然法則適用于所有國家?？茖W具有統一性，因為追求知識是全人類的共同愿望。因此，科學不分國籍、種族、政黨和性別。
“當然，像 CERN 這樣的組織無法平息地緣政治沖突。但它們可以打破障礙，讓年輕一代在尊重和包容多樣性的環境中成長。這樣的組織是人類在差異中找到共同點時可以取得成就的完美典范?！?span style="display:none">h4x物理好資源網(原物理ok網)
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▲本文為世界專欄第23篇文章。
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