我們常常在科幻電影中看到自由進(jìn)出微觀物質(zhì)世界的未來科技，這樣的科幻場(chǎng)景正在中國(guó)成為現(xiàn)實(shí)。在地下一條100公里長(zhǎng)的隧道中，或?qū)⒄Q生一臺(tái)巨大的“顯微鏡”，可以窺探地球乃至宇宙深處的秘密。
中國(guó)計(jì)劃建造的世界大粒子對(duì)撞機(jī)——環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)（CEPC），將推動(dòng)基礎(chǔ)科學(xué)研究的進(jìn)步，還可能徹底改變我們對(duì)宇宙的理解。
揭秘：微觀世界的“超級(jí)賽道”
粒子對(duì)撞機(jī)就像微觀世界的“超級(jí)賽道”。在這個(gè)精密設(shè)備中，科學(xué)家們通過精巧而復(fù)雜的加速電場(chǎng)讓微小的粒子以接近光速的速度運(yùn)行，繞過長(zhǎng)長(zhǎng)的隧道，在特定位置相撞。
當(dāng)兩束高速粒子在預(yù)定“觀察點(diǎn)”相撞，就像在亞原子尺度上制造了一次微型的“宇宙大爆炸”。
這種高能碰撞能讓我們觀察到平?？床灰姷奈锢憩F(xiàn)象，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程E=mc²，我們得知，巨大的能量可以轉(zhuǎn)化為物質(zhì)。高能碰撞中，瞬間釋放的巨大能量可以創(chuàng)造出日常世界中看不到的種種現(xiàn)象，讓我們有機(jī)會(huì)窺探微觀粒子的結(jié)構(gòu)奧秘。
更令人興奮的是，這種高能碰撞還能再現(xiàn)宇宙誕生瞬間的高能狀態(tài)。通過模擬宇宙早期的高溫、高密度環(huán)境，我們可以更好地理解宇宙是如何從一個(gè)奇點(diǎn)演化成今天所見的浩瀚星空，這就像擁有了一臺(tái)“宇宙時(shí)光機(jī)”，讓我們有機(jī)會(huì)研究宇宙初的模樣。
環(huán)形加速器被視作現(xiàn)代物理學(xué)重要的工具之一，它不僅是探索微觀世界的“超級(jí)顯微鏡”，還是研究宇宙起源的“時(shí)光機(jī)器”。
裝備于大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）的緊湊μ子線圈（CMS）偵測(cè)器，右下方的梯子凸顯出尺寸大小。圖片來源：維基百科
中國(guó)計(jì)劃建造的這臺(tái)“環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)（CEPC）”，主要研究目標(biāo)是希格斯玻色子（Higgs boson），這種在2012年發(fā)現(xiàn)的神秘粒子，被形象地稱為“上帝粒子”。它就像魔法書中核心的密語一樣，被認(rèn)為能夠賦予其他粒子質(zhì)量。
科學(xué)家們希望通過深入研究，解答宇宙中基本的一些問題：為什么物質(zhì)會(huì)有質(zhì)量？宇宙是如何演化的？為什么宇宙中的物質(zhì)比反物質(zhì)多？
標(biāo)準(zhǔn)模型中，費(fèi)
米子有六種夸克（紫色），六種輕子（綠色）；四種規(guī)范玻色子（紅色）；希格斯玻色子（黃色）。圖片來源：維基百科
環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)（CEPC）就像幫助我們解讀核心密語的工具，中國(guó)科學(xué)家通過這臺(tái)“超級(jí)顯微鏡”，有望在基礎(chǔ)物理學(xué)研究領(lǐng)域取得重大突破，為人類探索宇宙奧秘貢獻(xiàn)重要力量。
CEPC：科技創(chuàng)新的結(jié)晶
環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)（CEPC）的設(shè)計(jì)堪稱一項(xiàng)工程奇跡，它體現(xiàn)了多項(xiàng)尖端科技的融合應(yīng)用。
這個(gè)巨大的“賽道”由一個(gè)周長(zhǎng)100公里的地下隧道組成，相當(dāng)于250個(gè)400米標(biāo)準(zhǔn)跑道首尾相連的長(zhǎng)度。在這個(gè)龐大的設(shè)施中，粒子被加速到接近光速，產(chǎn)生高能量碰撞，其獨(dú)特之處不僅在于規(guī)模巨大，更在于效率和精確度。
它每年可以產(chǎn)生數(shù)百萬個(gè)希格斯玻色子（Higgs boson），科學(xué)家們能夠以前所未有的精度測(cè)量這種神秘粒子的性質(zhì)。
CEPC團(tuán)隊(duì)、國(guó)際顧問委員會(huì)和《CEPC概念設(shè)計(jì)報(bào)告》國(guó)際評(píng)審委員會(huì)部分成員合影。圖片來源：中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所
令人期待的是，環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)（CEPC）有望在2027年開工建設(shè)，約10年完工。這意味著它將比歐洲的未來環(huán)形對(duì)撞機(jī)（FCC）計(jì)劃至少提前幾年完成建設(shè)，中國(guó)很可能在這場(chǎng)科技競(jìng)賽中占得先機(jī)。
挑戰(zhàn)與機(jī)遇：打造世界級(jí)科研平臺(tái)
然而，將“CEPC”這個(gè)宏偉計(jì)劃變成現(xiàn)實(shí)并非易事。建造如此龐大精密的設(shè)備需要突破多項(xiàng)尖端技術(shù)，從超導(dǎo)磁鐵到精密控制系統(tǒng)，每一個(gè)組件都對(duì)精度和穩(wěn)定性有極高要求，這就像組裝一只超級(jí)精密的手表，每一個(gè)零件都不容有絲毫差錯(cuò)。
工程方面的挑戰(zhàn)同樣巨大，挖掘100公里長(zhǎng)的地下隧道需要考慮復(fù)雜的地質(zhì)條件和環(huán)境影響。目前，秦皇島、長(zhǎng)沙和湖州三個(gè)城市正在競(jìng)爭(zhēng)“CEPC”項(xiàng)目選址，每個(gè)地點(diǎn)都存在各自優(yōu)勢(shì)，面臨不同挑戰(zhàn)。
CERN LHC對(duì)撞機(jī)隧道內(nèi)部。圖片來源：維基百科
盡管挑戰(zhàn)不小，“CEPC”項(xiàng)目也帶來了巨大發(fā)展機(jī)遇。它將推動(dòng)中國(guó)在多個(gè)高科技領(lǐng)域的發(fā)展，從超導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用到精密制造產(chǎn)業(yè)都將獲益。更重要的是，它將為中國(guó)培養(yǎng)一大批世界級(jí)科學(xué)家和工程師，為未來的科技創(chuàng)新奠定堅(jiān)實(shí)的人才基礎(chǔ)。
未來，如果“CEPC”項(xiàng)目順利實(shí)施，將為人類認(rèn)識(shí)宇宙打開一扇“新窗”。這是一次勇敢的科技嘗試，正是這種探索未知的好奇精神，推動(dòng)著人類文明不斷進(jìn)步。
中國(guó)提出并推進(jìn)這一宏偉計(jì)劃的戰(zhàn)略信心，彰顯了一個(gè)科技大國(guó)的雄心與擔(dān)當(dāng)。我們期待這架由中國(guó)制造的巨大“顯微鏡”，幫助我們探索更多的宇宙秘密！
參考文獻(xiàn)
[1] Nature, China could start building worlds biggest particle collider in 2027.
[2] 王貽芳，建設(shè)大型加速器 實(shí)現(xiàn)科學(xué)夢(mèng).
策劃制作
出品丨科普中國(guó)
作者丨郭菲 煙臺(tái)大學(xué)
監(jiān)制丨中國(guó)科普博覽
責(zé)編丨董娜娜
審校丨徐來 林林
本文鏈接：http://morphism.cn/news41147.html耗時(shí)10年完工領(lǐng)先歐洲：中國(guó)計(jì)劃建造全球大的粒子對(duì)撞機(jī)！
