新粒子加速器:建造更大的大爆炸机

物理学家汤姆·哈茨菲尔德(Tom Hartsfield)博士最近的一篇大思想文章恳求社会不要建造另一个大型强子对撞机(LHC)。虽然我尊重好医生的意见,甚至承认他抚养了

物理学家汤姆·哈茨菲尔德(Tom Hartsfield)博士最近的一篇大思想文章恳求社会不要建造另一个大型强子对撞机(LHC)。尽管我尊重好医生的意见,甚至承认他提出了一些值得考虑的观点,但我不同意他的结论。这就是原因。

但是首先,认罪:我是一名研究人员,他使用当前的LHC进行研究,因此我不是一个无私的政党。但是,我也很有足够的资深,我不太可能在任何高能粒子加速器上都会取代LHC进行研究。我更有可能观察到远处的令人兴奋的科学,安全地陷入了我的摇椅上,并在我困倦的猫的陪同下。

LHC上的底漆

对于初学者来说,LHC是位于法国和瑞士边界下方的27公里(16.5英里)的磁铁环。它在四个大探测器中碰撞了两条质子的两块反向旋转光束,每个探测器都旨在询问和回答有关自然界最深,最基本的定律的问题。

这些碰撞令人印象深刻:它们产生的温度比太阳中心高100,000倍。最暴力的碰撞会产生在宇宙中并不常见的温度,因为它大约是一万千万秒的十分之一。从诗意的意义上讲,LHC是一台大型爆炸机,使科学家每秒大约每秒繁殖了大约十亿次的早期宇宙。令人愉悦的东西。

LHC的建立部分是为了搜索Higgs玻色子,基本亚原子颗粒的质量以及粒子物理标准模型的最后一块。十年前,当2012年7月4日使用LHC宣布发现的数据时,这一目标取得了成功。确实,我们中的一些人希望它不会,因此需要对现有理论进行激动人心的重新思考。而且,当然,总是有意外的希望。最后,我们并没有得到新的大惊喜,但是我们确实找到了希格斯玻色子(Higgs Boson),这是一项巨大的,诺贝尔奖获奖的成就。

下一代LHC将与现有的LHC大致相似,并且具有更高能源的碰撞速度可能更快。它将产生更多的暴力冲突和更高的温度,并在创造的瞬间产生更接近常见的条件。这将使研究人员可以隐喻地“去任何人去过的地方”,并且可能导致观察到推翻现有理论。或不。

反对更大的粒子加速器

哈茨菲尔德反对构建他所谓的“ LHC ++”的论点似乎归结为几件事。首先,他似乎认为这样的加速器将主要是为了寻找超对称性,这是作为当前理论的可能替代者提出的。他将超对称性视为“数学模型令人费解的混乱”,这在某种程度上是准确但也具有误导性的。

超对称不是一种理论,而是一种原则 – 特别是,在平等且可互换的基础上出现力和物质的要求。满足需求的理论被认为是超对称的,而且确实存在着令人费解的这种模型的混乱。单个模型可以伪造,但是反对超对称的原则会具有挑战性。他的第二个反对似乎是由于对成本的关注而产生的,这在一个无限的好奇心和有限的资金的世界中总是一个考虑因素。但是,他的特征再次具有误导性,当然不是整个故事。让我们解决这两个问题。

回应异议

尽管有声称,但LHC ++不会“建造为了找到超对称性”。超对称性的普及激增和消除了,这是超声理论的要求,这是一种未经验证的理论,希望有一天能够解释所有现象。诚然,有一些研究人员过分相信在现有的LHC中会证明超对称性。

但是,超对称并不是唯一正在研究的点。我作为成员的LHC实验合作在本文中提交了1,137篇发表论文。其中,大约有12%的人正在寻找超对称性。相比之下,有18%的人一直在寻找新现象,而对以前已知现象的研究和新发现的希格斯玻色子的特征分别占该出版物的16%。 (剩下的〜40%涉及其他主题。)可以肯定的是,虽然当然不能保证LHC ++会发现超对称性 – 研究人员会寻找它,但主题不会主导景观。

关于成本问题,哈茨菲尔德声称LHC ++的成本可能高达1000亿美元。这只是一个不合理的估计。一个更现实的价格可能是200亿美元,这是一个数十年和许多国家的成本。目前,有几组物理学家正在考虑如何建立一个现实的LHC ++,而一个共同的主题是一个共同的主题。一种分阶段的方法。大多数设计涉及首先在周长的60公里(36英里)上挖一个环,并用加速的设施填充它,而不是LHC的质子束,而是电子和反物质电子的束。这种设施的费用将在100亿美元的球场上,该中级加速器将用于研究希格斯玻色子的物理。如果我们今天开始构建这样的加速器,那么直到2040年代才开始运营,它可能会运行十到十五年。

然后,相同的隧道将用于LHC ++机器,该机器将像LHC一样加速质子,但以比当前LHC高约七倍的能量碰撞。该机器可能会在2060年代或2070年代运行。 LHC ++机器不适合通货膨胀,可能会再花费100亿美元。 (值得注意的是,这是与当前LHC一起使用的方法,该方法占据了与早期电子加速器相同的隧道。)

诚然,现在这是很多钱。但是,让我们看一下。一架美国航空母舰的成本在130亿美元的球场上。美国政府因其军事抵抗而向乌克兰承诺了约50亿美元。 2021年美国国家公园服务预算为25亿美元。在一笔21亿美元的经济中,200亿美元的钱不是那么多。而且,再次,成本将随着时间和整个国家 /地区分配。美国目前的LHC资金每年约为1.8亿美元。 Hartsfield声称,为LHC ++提供资金的资金可以更有利可图,以资助更多较小且价格较低的实验,考虑到这一点很重要。这是一个常见的辩论,也没有明确的答案。但是LHC仍然是粒子物理研究界的最高优先事项之一。为什么?因为巨大的加速器只是探索能源前沿的最佳方法之一,并希望我们能帮助我们更多地了解古老的问题。

“大与小”是一种错误的二分法。我们面前的问题不是“/或”,而是“两者/和。”。科学的结果令人兴奋,我希望看到社会两者基金。

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