他國如何取舍

20世紀中后期以來，科學發展的一個重要特征是大科學裝置的出現。在此背景下，大型對撞機應運而生。然而，因其規模大、建設周期長、投資巨大，到底是否要建，各國掂量再三。

美國：放棄“燒錢”競爭

美國超導超級加速器（SSC）建設項目在上世紀的“夭折”，是美國科學史上的傷心往事，不少高能物理研究人員提起此事都嘆息連連。美國從大型對撞機競爭中“出局”，此后也未就開建新一代大型對撞機有新規劃。

在SSC項目選址地得克薩斯州愛麗絲，已建成的22.5公里的地下隧道被棄。美國物理學會會士韓濤對記者說：“宣布終止SSC讓高能物理研究的中心從美國移到歐洲。”

SSC對撞能量達40TeV（萬億電子伏特）。然而該項目經過幾年建設，在完成了約20%、花掉了20億美元后于1993年被美國國會取消。當年美國物理學界分為兩派，反對建設方主要擔心對撞機擠占其他基礎科學研究經費，影響力最大的聲音來自諾貝爾獎得主菲利普·安德森。

菲利普·安德森曾在接受記者采訪時說：“我認為反對建設超級對撞機終究還是對的。”他認為，粒子物理學家太執著于高能量對撞這個代價極大的單一研究方式，而忽略了其他重要的實驗事實（比如暗能量、丟失零點能、暗物質等問題）比追逐高能量還有意義。

如今，美國最高能量的對撞機是始建于1983年的費米實驗室的加速器Tevatron，對撞能量為1.96TeV。美國更寄望通過中微子研究揭示“標準模型”外的秘密。費米實驗室計劃耗資10億美元建造長基線中微子設施，于2026年向不同探測器發射中微子束，成為世界中微子研究的領導者。

歐洲：謹慎決定未來方向

歐洲擁有全球最大、能量最高的粒子加速器——大型強子對撞機（LHC），其質子對撞能量為14TeV，軌道長度27公里，有來自30多個國家的超過2000名物理學家參與。研究者所屬的大學與實驗室共同出資興建這一耗資約80億美元的“大家伙”。LHC所在的瑞士日內瓦與法國交界地區已發展為一座匯聚全球研究者的科學中心，有100多位中國研究者在那里工作。

2012年，科學家宣布利用LHC發現了被稱為“上帝粒子”的希格斯玻色子，完成了粒子物理所謂的“標準模型”。然而，LHC目前已經達到其設計能量，要進一步尋找新粒子，需建設能量和精度更高的機器。

當地時間2018年12月3日，LHC二期運行結束，進入第二次長停機階段，進行大規模升級，無數科學家迫切期待“王者”早日歸來。

據2019年12月17日消息，歐洲核子研究中心（CERN）管理層12日向理事會提交的新日程表顯示，LHC將于2021年5月重啟，并一直運行到2024年底。2025年將再開啟新一輪升級，直到“高亮度LHC”于2027年“閃亮登場”。繼任者“高亮度LHC”將比LHC產生更多碰撞，預計在整個運行期間積累的數據量將超過LHC的10倍。

2019年1月15日，在中國完成大型環形正負電子對撞機（CEPC）概念設計報告兩個月后，CERN也公布了 “ 未來環形對撞機 ”（FCC）的概念設計報告，提出投巨資分兩步建設下一代超級對撞機，計劃在本世紀50年代完成建設。根據新報告，FCC將成為LHC的繼任者。

CERN加速器和技術總監弗雷德里克·博爾德里說，FCC的最終目標是提供一個100公里長的環形超導質子加速器，其能量可達100TeV，比現有的大型強子對撞機高一個數量級。

根據這份報告，FCC的建設將分兩步進行。第一步是投入90億歐元，完成100公里的隧道建設，并建設一個大型的正負電子對撞機，預計這一步工作可在2040年前后完成;第二步是再投入150億歐元，完成超導質子加速器的建設，預計能在本世紀50年代后期投入使用。

該中心表示，FCC構想如能實現，將以前所未有的能量讓基本粒子碰撞，能用于精確研究希格斯粒子之間如何相互作用，還有助于探索暗物質、反物質等。

日本：注重“經濟實用”

日本已經完成了下一代大型對撞機的初步工程設計，并得到美國能源部和CERN的支持。與歐洲不同，日本選擇建設更加“經濟實用”的直線對撞機。

日本高能加速器研究機構（KEK）岡田安弘接受新華社專訪時介紹，日本研究界一直在向政府建議由日本主導國際直線對撞機（ILC）計劃。

岡田安弘說，ILC將在總長約31公里的地下隧道開展正負電子對撞，雖然對撞能量僅為1TeV，卻可更好地分析對撞后新粒子特性，在精密測定希格斯粒子、探尋新物理方面的能力遠超LHC，還可在發現暗物質粒子方面加強同LHC的互補性研究。

ILC擬由日本國內外的物理學家擔綱進行設計和開發，由日美歐分擔費用，打算在2025年前后動工，力爭在本世紀30年代中期開始運轉。

預計ILC建設費用為8000億日元左右，日本分擔3000多億日元。由于擔心對財政造成沉重負擔，日本政府表示“需要謹慎地研究”，沒有正式決定在日本建設。

一些研究者認為，目前謹慎的日本、歐洲和尚無計劃的美國會給中國建設大型對撞機帶來難得的“窗口期”，中國的經濟基礎和科技決策機制在推行大科學項目上更具優勢;但反對者認為中國并不具備歐洲多年的技術積累、人員合作基礎和完備的配套基礎設施，也沒有日本的“差異化”競爭策略。

◎ 來源|綜合自科技日報、上觀新聞