不同的方法可以拯救超导超级对撞机吗？ – 物理世界

三十年前的这个月，美国国会投票决定终止超导超级对撞机 (SSC)，此前该项目的设计和建造花费了约 2 亿美元。 当时，其 87 公里隧道的近三分之一已经完工，但国会反对者坚持要求对 SSC 进行“尖刺”，以便它以后不会像拉撒路一样起死回生。 从隧道到地面的垂直竖井（见图）尽可能地用钻孔弃土填充，然后用地下水填充。

30 年后的今天，世界高能物理界希望建造一台类似的对撞机，最终能够实现能量远高于 15 TeV 的质子对质子碰撞。 欧洲核子研究组织和中国都有此类对撞机的详细设计 但在一个四分五裂、去全球化的世界里，推进工作所需的最重要的政治意愿和国际协议越来越罕见。

如果我们从南南合作的失败和南南合作的成功中汲取教训的话 大型强子对撞机 (LHC)，那就是在质子碰撞能量的多 TeV 规模上必须进行广泛的国际合作。 这些巨大且耗资巨大的项目采用了截然不同的方法。 在SSC案例中，美国物理学家试图抓住领导棒，希望其他国家能够效仿，在德克萨斯州的一个新的“绿地”地点建造超级对撞机。

相反，大型强子对撞机项目是一项真正的国际努力，由欧洲物理学家领导，在世界著名的高能物理实验室欧洲核子研究中心建造，吸引了加拿大、印度、日本、俄罗斯和美国的贡献。 但这一过程发生在冷战后时代，当时许多东欧集团国家正试图实现民主化并加入全球化的世界经济。

乌龟和野兔

CERN 保守的两阶段建设方法 大正电子 (LEP) 对撞机和后来的大型强子对撞机被证明至关重要。 LEP 的物理研究于 1989 年开始，同时设计和制造大型强子对撞机强大而复杂的超导磁体的更艰巨的任务也在同时进行。 因此，CERN 能够采用先进的“二合一”超导磁体设计，该设计在 SSC 的考虑中被放弃，因为该技术（当时）过于不成熟且风险太大。

事后看来，这种两阶段的方法将为SSC建设者提供比同时挖掘一条巨大隧道并开发磁铁来填充它的道路更好的服务。 在同一隧道中的正负电子对撞机上可以进行大量的物理研究。

事实上，在这样的对撞机上进行的实验甚至可能 发现希格斯玻色子 在世纪之交之前，对其行为进行了多年的后续研究，同时解决了当时繁重的超导磁体问题。

然而，当 1980 世纪 125 年代设计 SSC 时，很少有理论家认为它会在质量仅为 1 GeV 的情况下发生。 大多数人认为它必须以 10 TeV 出现。 因此，迫切需要碰撞能量为 20-XNUMX TeV 的质子束, 确定发现粒子——或者任何导致基本粒子质量的现象。

直到 1990 世纪 175 年代中期，费米实验室的 Tevatron 发现了质量为 XNUMX GeV 的顶夸克之后，理论家们才开始认识到，这种轻希格斯玻色子即使不可能存在，也确实是可能存在的。 据欧洲核子研究中心前总干事称 克里斯·卢埃林·史密斯1994 年至 1998 年间领导该实验室的人甚至认为其质量可能接近 100 GeV，并且可能在 LEP 发现。

因此，不幸的是，SSC 隧道在 1993 年之后就出现了峰值。今天在那里建造一座希格斯工厂相对简单，只需要完成隧道、安装室温磁铁，并建造至少一对大粒子探测器。 它将为高能物理界提供一条可行、经济的途径来实现这样一个设施——该设施不会像当今其他两个圆形设计那样面临地缘政治和资金挑战.

事后看来，如果采用更保守、多阶段的方法来达到 TeV 尺度（就像欧洲核子研究中心所追求的那样），费米实验室可能会成功发现希格斯玻色子。 当 CERN 准备在 2012 年 XNUMX 月宣布其发现时， 费米实验室给出了三西格玛结果 在 B 介子衰变通道中，使用来自 2 TeV 质子-反质子对撞机的多年数据。

巨大的高能冲销

当由斯坦福大学物理学家领导的杰出科学家小组 斯坦利·沃西基 1983年，费米实验室在评估美国高能物理的未来时，提出建造4-5 TeV 专用对撞机 完全在实验室范围内。 回想起来，这足以发现希格斯玻色子，特别是如果最终可以安装更强大的超导磁体的话。

这种方法将使项目管理掌握在一支经验丰富的加速器物理学家团队手中，而不是像 SSC 那样将控制权交给美国军工联合体的工程师。

LHC和SSC的故事是伊索著名寓言的经典例子， 乌龟和兔子。 乌龟也赢得了这场比赛。 但是，如果美国粒子物理学家采取更保守、更具成本效益的方法来达到TeV能源规模，而不是试图通过一个耗资数十亿美元的德克萨斯州项目来“超越”他们的欧洲同事，以重新确立美国在该领域的领导地位，高能物理学的历史可能会非常不同。

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• Sumber: https://physicsworld.com/a/could-a-different-approach-have-saved-the-superconducting-super-collider/