CLIC撞出新未来 有望发现希格斯玻色子秘密

没有人敢低估大型强子对撞机(LHC)。它是当今世界上最强大的粒子加速器，它的能量和研究物理学前沿的能力是其他对撞机无法比拟的。但是“一道闪光并不意味着永恒”最终，27公里的环形能量场将在2035年前后消失。之后呢。

许多团队已经提出了下一个大型对撞机的设计概念。根据美国有趣科学网站最近的一份报告，其中一个叫做紧凑型线性对撞机(CLIC)。研究小组称，预计CLIC会以更简洁的方式产生大量希格斯玻色子，以揭示它的“真面目”、它与*夸克的关系，甚至找到新物理学的“线索”。

清华大学工程物理系副教授杨振伟也告诉《科学日报》:“我们现在需要仔细研究希格斯玻色子的各种性质。一方面，它将丰富我们对自然的理解；另一方面，它可能会发现一些“缺陷”或“乌云”，从而为大自然打开新的大门。”

比LHC更简洁

LHC使一些叫做强子的重粒子相互碰撞——这也是这个装置名称的由来。熟悉的质子和中子是强子最常见的代表，强子是一个微观粒子家族。

在LHC，强子不停地旋转，直到接近光速并开始碰撞。虽然LHC的碰撞能量是无与伦比的，但整个事情有点混乱。毕竟，强子是更小更基本的物质的组合，所以当碰撞的强子分裂时，它们的“内部器官”会散落在地板上，使分析变得复杂。

相比之下，CLIC的设计更简洁。CLIC不加速强子，但加速电子和正电子，这是两种“轻”基本粒子。与LHC的环形不同，CLIC将沿着直线加速粒子，加速距离从11公里到50公里不等——这取决于最终的设计。

研究人员表示，目前的计划是，CLIC将在2035年“悄悄”开始，届时LHC“成功后退休”。第一代CLIC将在3800千兆电子伏下运行。事实上，即使CLIC以3万亿电子伏全速运行，它也不到LHC当前能量的三分之一。

听起来CLIC有点蹩脚。建造它有什么意义？

希格斯“捕手”

CLIC的回答是，它可以更“聪明”地工作。

LHC的主要科学目标之一是找到希格斯玻色子，实现科学家们长久以来的愿望。希格斯玻色子可以给出基本粒子质量。早在20世纪80年代和90年代，当LHC项目启动时，人们甚至不确定希格斯粒子是否存在，也不知道它的质量和其他特征。因此，必须建造一个通用设备来用尽所有的可能性来证明它的存在。

2012年7月4日，欧洲粒子物理研究所的科学家兴奋地宣布，他们在LHC的帮助下发现了希格斯玻色子。“晚期”希格斯玻色子是粒子物理标准模型中最后一个“出现”的粒子，也是粒子图中最后一个“难题”。

研究小组说，既然我们知道希格斯玻色子是真实的，我们就可以创造尽可能多的希格斯玻色子，并收集许多有趣的数据来了解更多关于这个神秘但基本的粒子。

新物理学“痕迹”的发现

波兰华沙大学的物理学家、CLIC合作小组的成员亚历山大·菲利普·赞内基在他的最新论文中解释了基于探测器和粒子碰撞的复杂模拟的科学装置的当前设计情况。

他说，预计CLIC将在一个干净且易于研究的环境中产生尽可能多的希格斯玻色子，这样我们就能更好地理解这个粒子:有许多不同的希格斯玻色子吗？希格斯玻色子会互相“交流”吗？在亚原子物理的标准模型中，希格斯玻色子和所有其他粒子之间的相互作用有多强？

同样的原理也适用于顶夸克，它是最不为人知和最稀有的一种夸克。清华大学工程物理系副教授张立明解释说，标准模型中有6种夸克:上夸克、下夸克、奇异夸克、迷走夸克、底夸克和顶夸克。顶夸克是最后一个被发现的夸克，它有些“孤立”因为它一“诞生”就衰变，而且不会与任何夸克配对形成强子。

研究人员指出，即使在初始阶段，CLIC也能产生大约100万个*夸克，对于LHC和其他现代对撞机来说，这是一个惊人的数字。CLIC团队希望在此基础上研究顶部夸克如何衰变。虽然顶夸克的产生和一些衰变模式非常罕见，有100万个顶夸克，但科学家可能会从中找到一些线索。

故事还没有结束。除了产生更多的希格斯玻色子和顶夸克之外，CLIC的巧妙设计使它能够突破标准模型的界限。通过产生大量的希格斯玻色子和顶夸克，CLIC有望发现新物理学的“线索”。如果有一些奇怪的粒子(无法用粒子物理的标准模型解释的粒子)或相互作用，它会微妙地影响这两种粒子的行为，即它们的衰变和相互作用。

此外，CLIC甚至可能产生暗物质粒子。暗物质是一种神秘且不可见的物质。当然，科学装置不能直接看到暗物质(因为它是黑暗的)，但如果碰撞能量或动量消失，研究人员会立即发现。

杨振伟说:“LHC正在升级，并将在2025年左右升级为高亮度LHC。从现在到2035年还有16年。谁知道16年后会发生什么？雄关满道铁如铁。现在它从头到尾都在走！如果我们想有一个很好的机会去了解宇宙中已知的粒子并发现一些新的粒子，不管LHC能否发现新的东西，我们都应该继续前进并从现在开始努力。”

杨振伟还说:“CLIC的主要特点与其名称相同，即‘紧凑’。它可以在短距离内将能量加速到3ev，而且成本相对较低。如果能够建造，它确实是研究希格斯玻色子的利器。目前，它仍处于研发阶段。如果能够实现，它将成为中国科学家提出的科学仪器“环正电子对撞机(CEPC)”的重要竞争对手。”