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全力寻找“上帝粒子”

2010-03-29 09:47:48

来源:科学探索

  在此之后出现了碰撞器,它不像加速器那样,仅能够将粒子光束以固定角度发射,碰撞器能使对立光束的粒子相互之间发生碰撞。70年代,欧洲粒子物理研究中心以及美国的斯坦福线性加速器中心(StanfordLinearAcceleratorCenter)都制造出了小型碰撞器,其中,斯坦福线性加速器中心随后还探测到了介子和轻子。

  但是,为了进一步提高粒子的能量,还需建造体积更大、功能更强的大型碰撞器。此时,费米国家实验室并未急着将Tevatron加速器改造成碰撞器,而是集中技术力量,将这座加速器能量提高至1兆电子伏特。在这个过程中,Tevatron加速器成功将粒子能量提升至300BeV以上,而这正是当时欧洲科学家所建造的超级质子同步加速器SPS(SuperProtonSynchrotron)设定的目标值。这一结果对欧洲高能粒子物理领域造成了不小的打击。但是随后,欧洲科学家又迎头赶上,超越了美国高能粒子物理学界。

  1978年,布鲁克海文国家实验室开始建造ISABELLE,希望能够用其发现新的粒子,其中就包括W和Z波色子。但在1981年,欧洲科学家将超级质子同步加速器SPS改造成一座质子反质子碰撞器,并且在两年内发现了W和Z波色子。尽管用于容纳ISABELLE的4英里长隧道已经挖好,并且已经为此付出了2亿美元的资金,1983年,该工程还是被取消。

  随后,美国科学家重新把研发重点放到Tevatron加速器上来,并且在1985年将其改造成了一座碰撞器。欧洲则紧跟着建造了长达17英里的正负电子对撞机LEP(LargeElectron-PositronCollider)。但是,实际上,Tevatron加速器的主要竞争来自于实验室两个小组的科学家。

  尽管Tevatron加速器性能已是十分强大,但是美国物理学家们受到ISABELLE失败的影响,一直在想法超越欧洲粒子物理研究中心。1983年开始,他们就计划建造一座耗资50亿美元、长达54英里的加速器,能够将粒子加速到20兆电子伏特。他们希望利用这一超级碰撞器来解答宇宙中所有悬而未决的问题。美国科学家把这座碰撞器称为超导超级对撞机(SuperconductingSuperCollider)。

  超导超级对撞机的主管罗伊·舒维特表示:“这个对撞机是ISABELLE失败后,美国物理学家希望超过欧洲高能粒子领域的产物。”

  1986年,物理学家对超导超级对撞机进行了设计,国会也拨款2亿美元用于制作平面图。但是,物理学家打算将其建造在费米国家实验室,因为这样的话,还能够利用该实验室的现成基础设施。同时,他们还打算,利用Tevatron加速器向超导超级对撞机输送粒子。但是后来,德克萨斯州承诺投入10亿美元,因此得以把这座对撞机建造在德州境内。

  尽管在建造超导超级对撞机的时候遇到了许多技术难题,而且这一做法还在美国物理学界内部出现了很多分歧,但由于里根总统以及布什总统都支持建造超导超级对撞机的方案,这一建造进程得以继续。当时,物理学家希望该对撞机能在1999年投入使用。

  但随后,超导超级对撞机的预算超过了100亿美元,这项工程也遭到了越来越多的批评。当时的美国总统比尔·克林顿向国会呼吁继续支持超导超级对撞机计划。他称:“在这个时候放弃超导超级对撞机建造工程无异于暗示美国可能放弃其在基础科学领域的领导地位。”

  1993年,尽管已经花费了20亿美元,隧道也已经挖好了14公里,并且整个工程已经完成了四分之一,美国国会否决了超导超级对撞机(SuperconductingSuperCollider)计划。

  今后,如果要设计建造下一代大型对撞机,很可能会是一项国际工程。国际物理学界已经开始初步计划建造国际直线对撞机(InternationalLinearCollider,简称ILC),但有可能这一工程会无法付诸实践。

 

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