粒子對(duì)撞機(jī)

原理

粒子對(duì)撞機(jī)是在高能同步加速器基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種裝置，其主要作用是積累并加速相繼由前級(jí)加速器注入的兩束粒子流，到一定束流強(qiáng)度及一定能量時(shí)使其在相向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行對(duì)撞，以產(chǎn)生足夠高的相互作用反應(yīng)率，便于測(cè)量。

測(cè)量粒子對(duì)撞的譜儀儀器，是對(duì)撞機(jī)的傳感感應(yīng)器，是量子粒子物理的最前沿科學(xué)。因?yàn)?，粒子?duì)撞也是一種‘機(jī)制’，也是存在著的‘天然自然粒子對(duì)撞機(jī)制’，量子粒子高能物理-凝聚態(tài)物理-天體粒子物理探索其中2。

可行性分析

用高能粒子轟擊靜止鈀（粒子）時(shí)，只有質(zhì)心系中的能量才是粒子相互作用的有效能量，它只占實(shí)驗(yàn)室系中粒子總能量的一部分。如果射到靶上的粒子能量為E，則對(duì)靶中同種粒子作用的質(zhì)心系能量約為E(E為粒子的靜止能量)。

用于相互作用的那部分能量所占的比例將越來(lái)越小，即被加速粒子能量的利用效率越來(lái)越低，但是，如果是兩個(gè)能量為E的相向運(yùn)動(dòng)的同種高能粒子束對(duì)撞，則質(zhì)心系能量約為2E，即粒子全部能量均可用來(lái)進(jìn)行相互作用?？梢?jiàn)，為了得到相同的質(zhì)心系能量，所需的加速器能量將比對(duì)撞機(jī)大得多。如果對(duì)撞機(jī)能量為E，則相應(yīng)的加速器能量應(yīng)為2E2/E。例如，能量為2×300GeV的質(zhì)子、質(zhì)子對(duì)撞機(jī)，同一臺(tái)能為180000GeV的質(zhì)子加速器相當(dāng)，建造這樣高能量的加速器。在技術(shù)水平及經(jīng)濟(jì)條件仍然是不可及的。但建造上述能量或更高一些能量的對(duì)撞機(jī)是完全可行的，這就是近20年來(lái)對(duì)撞機(jī)得到廣泛發(fā)展的原因之一3。

亮度指標(biāo)發(fā)展

對(duì)撞機(jī)的主要指標(biāo)除能量外還有亮度。

所謂對(duì)撞機(jī)的亮度是指該對(duì)撞機(jī)中所發(fā)生的相互作用反應(yīng)率除以該相互作用的反應(yīng)截面。顯然亮度越高對(duì)撞機(jī)的性能就越好。

20世紀(jì)50年代初

歷史20世紀(jì)50年代初，加速器的設(shè)計(jì)者就有過(guò)利用對(duì)撞束來(lái)獲得更高質(zhì)心系能量的設(shè)想，但是鑒于加速器中束流的強(qiáng)度太低,束流密度遠(yuǎn)低于靶的粒子密度,雙束對(duì)撞引起的相互作用反應(yīng)率將比束流轟擊固定靶時(shí)發(fā)生的反應(yīng)率低106倍,這樣,很難進(jìn)行最低限度的測(cè)量,這種設(shè)想就沒(méi)有得到應(yīng)有的重視。

1956年

1956年人們開(kāi)始懂得依靠積累技術(shù)，可以獲得必要強(qiáng)度的束流，從而使對(duì)撞機(jī)的研究真正被提到日程上來(lái)。正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的造價(jià)低，技術(shù)簡(jiǎn)單，因此它是首先研究的對(duì)象。

1961年

最初的兩臺(tái)對(duì)撞機(jī)是1961年投入運(yùn)行的，不久又相繼出現(xiàn)了好幾臺(tái)低能量的電子對(duì)撞機(jī)。B.里希特就是在美國(guó)斯坦福直線加速器中心的正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)SPEAR上發(fā)現(xiàn)著名的J/ψ粒子的（同時(shí)在美國(guó)布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室由丁肇中教授發(fā)現(xiàn)），為近代高能物理的發(fā)展作出了很大的貢獻(xiàn)，正是由于這一成就為后來(lái)人們下決心建造更大的正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)起了決定性的作用。

1986年

1986年時(shí)對(duì)撞機(jī)達(dá)到的亮度約在1029～1032cm-2·s-14。

相關(guān)比較

對(duì)撞機(jī)特點(diǎn)與同步加速器極為相似，對(duì)撞機(jī)呈環(huán)形，沿環(huán)安放著磁鐵系統(tǒng)、高頻系統(tǒng)、真空系統(tǒng)以及探測(cè)和校正系統(tǒng)等。此外，它沿圓環(huán)還有兩個(gè)或兩個(gè)以上專供對(duì)撞用的特殊長(zhǎng)直線節(jié)，探測(cè)儀器就被安置在長(zhǎng)直線節(jié)內(nèi)的對(duì)撞點(diǎn)附近的空間中。使電荷相反，靜止質(zhì)量相同的兩束粒子相碰比較簡(jiǎn)單，只要建立一個(gè)環(huán)就行了如果是電荷相同的同種粒子相撞，就必須要建立兩個(gè)環(huán)。兩個(gè)環(huán)的外加磁場(chǎng)方向相反。這兩個(gè)環(huán)可以建在同一平面中，使其在幾個(gè)交叉的地方進(jìn)行對(duì)撞；也可以建立在上下兩個(gè)不同平面中，用特殊的電磁場(chǎng)使兩種粒子在長(zhǎng)直線節(jié)內(nèi)相撞，此外，高能量的對(duì)撞機(jī)還需要用一臺(tái)高能加速器（一般用同步加速器或直線加速器）作為注入器，先把粒子加速到一定能量,再注入到對(duì)撞機(jī)中去進(jìn)行積累,進(jìn)一步加速及對(duì)撞。積累、加速及對(duì)撞是對(duì)撞機(jī)的三大機(jī)能，所謂積累是設(shè)法把高能加速器在不同時(shí)間加速出來(lái)的脈沖粒子束團(tuán)積累在對(duì)撞機(jī)環(huán)形真空室（稱為儲(chǔ)存環(huán)）中。一般需要積累幾十或上千個(gè)束團(tuán)，才能達(dá)到對(duì)撞所需的強(qiáng)度。

電子同步加速器的束流團(tuán)的積累是依靠同步輻射來(lái)完成的，同步輻射雖然使同步加速器的能量難于進(jìn)一步提高，但卻使得電子束的橫向及縱向的尺寸在加速過(guò)程中大大收縮，即密度大大提高，利用這一特性就可以積累一股很強(qiáng)的電子束流。質(zhì)子卻沒(méi)有這種特性，這就需要用動(dòng)量積累過(guò)程來(lái)得到強(qiáng)流質(zhì)子束。

積累動(dòng)量以后，對(duì)撞機(jī)還可以將注入其中的高能粒子進(jìn)一步加速到更高的能量，對(duì)撞機(jī)的這一作用與普通的同步加速器完全一樣，粒子的能量是由安置在圓環(huán)上的高頻加速腔供給的，在整個(gè)加速過(guò)程中，對(duì)撞機(jī)的磁場(chǎng)逐漸上升，高頻腔的頻率也被嚴(yán)格控制得與被加速粒子的回旋頻率一樣或成整數(shù)倍，從而使粒子不斷地被加速到更高能量。

當(dāng)粒子被加速到預(yù)定能量后，對(duì)撞機(jī)的磁場(chǎng)就被維持在相應(yīng)的恒定值上，粒子束就在環(huán)形真空室中不斷地回旋，兩束并在對(duì)撞區(qū)域內(nèi)某點(diǎn)發(fā)生對(duì)撞。這時(shí)布置在對(duì)撞區(qū)周圍的測(cè)量?jī)x器,就可對(duì)碰撞時(shí)發(fā)生的事例不斷地進(jìn)行測(cè)量,剩下的沒(méi)有起反應(yīng)的粒子將繼續(xù)在環(huán)里回旋運(yùn)動(dòng)，等到下一次到達(dá)對(duì)撞區(qū)時(shí)再度發(fā)生對(duì)撞。一直到束流的強(qiáng)度降低到不能再作物理實(shí)驗(yàn)為止，這時(shí)兩股束流的壽命也就中止了。束流的壽命一般可達(dá)幾小時(shí)或幾十小時(shí)，所以作為注入器的高能加速器只有在積累過(guò)程中才把粒子束流提供給對(duì)撞機(jī)，而在對(duì)撞的過(guò)程中，還可供轟擊靜止靶的物理實(shí)驗(yàn)用5。

現(xiàn)狀

歐洲核子中心

建成的質(zhì)子對(duì)撞機(jī)如歐洲核子中心代號(hào)ISR的交叉儲(chǔ)存環(huán)，其能量為2×31GeV，它于1971年已投入運(yùn)行。由于電子冷卻及隨機(jī)冷卻技術(shù)（見(jiàn)加速器技術(shù)和原理的發(fā)展）的成功,使反質(zhì)子束的性能大大得到改善,而且束流可以積累到足夠的強(qiáng)度，從而有可能在同一環(huán)中進(jìn)行質(zhì)子－反質(zhì)子對(duì)撞。

為了增加對(duì)撞的幾率（即提高對(duì)撞機(jī)的亮度），歐洲核子中心于1981年將一臺(tái)能量為400GeV的質(zhì)子同步加速器（即SPS）改建成質(zhì)子－反質(zhì)子對(duì)撞機(jī)，并于1983年取得了極其重要的實(shí)驗(yàn)成果，發(fā)現(xiàn)了W±、Z0粒子5。

70年代初期

70年代初期,出現(xiàn)了在對(duì)撞區(qū)中插入一種特殊的稱為低包絡(luò)插入節(jié)的聚焦結(jié)構(gòu)，使束流在對(duì)撞點(diǎn)的橫截面受到強(qiáng)烈的壓縮，從而使對(duì)撞點(diǎn)的束流密度大大增加。

由于采用了這種結(jié)構(gòu)，使70年代建造的對(duì)撞機(jī)的亮度比以前提高了一兩個(gè)數(shù)量級(jí)。另外，為了盡可能的延長(zhǎng)束流的壽命，對(duì)撞機(jī)環(huán)內(nèi)的真空度平均不得低于10-8～10-9Torr,尤其是在對(duì)撞區(qū)附近。為了減少物理實(shí)驗(yàn)的本底，即為了保證使束流與束流發(fā)生對(duì)撞的幾率大大超過(guò)束流與殘余氣體相撞的幾率，真空度應(yīng)維持在10-10～10-11Torr左右。所以大體積高真空這一技術(shù)也隨著對(duì)撞機(jī)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)了。對(duì)撞機(jī)的類型電子－正電子對(duì)撞機(jī)又稱正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)，由于正負(fù)電子的電荷相反，所以這種對(duì)撞機(jī)只要建立一個(gè)環(huán)就可以了。相應(yīng)的造價(jià)就比較低，世界上已建成的對(duì)撞機(jī)大部分是屬于這一類的5。

同步輻射損失

但是，由于電子回旋時(shí)引起的同步輻射損失，使這種對(duì)撞機(jī)能量的進(jìn)一步提高發(fā)生了困難，因?yàn)橥捷椛涔β逝c電子的能量二次方成正比，且與回旋半徑的平方成反比，為了減少輻射損失，一般高能量的電子對(duì)撞機(jī)均采用大半徑方案，即采用只有幾千高斯的低磁場(chǎng)來(lái)控制電子的運(yùn)動(dòng)，即使如此，電子對(duì)撞機(jī)的最高能量仍然受到很大的限制，例如,10GeV的電子在曲率半徑為100m的對(duì)撞機(jī)中運(yùn)動(dòng)時(shí),每圈的輻射損失約為10MeV，如果對(duì)撞機(jī)中的回旋電流為1A，要補(bǔ)償這束電子流的輻射損失，就需要平均功率為10MW的高頻功率。

假如正電子流也為1A，則總的平均功率為20MW，由此可見(jiàn)，對(duì)撞機(jī)中高加速頻系統(tǒng)的功率絕大部分是用來(lái)補(bǔ)償這一同步輻射損失的。輻射特性雖然給電子能量的進(jìn)一步提高帶來(lái)了困難，但也有一定的好處，這是因?yàn)殡娮踊蛘娮幼⑷雽?duì)撞機(jī)后，由于電子的輻射損失，使電子截面受到強(qiáng)烈的壓縮，電子很快集中到一個(gè)很小的區(qū)域中，其余的空間可以用來(lái)容納再一次注入的電子，這樣使積累過(guò)程簡(jiǎn)化，而且允許采用較低能量的注入器，通常采用直線加速器，也有采用電子同步加速器的。這種對(duì)撞機(jī)中所需的正電子是由能量為幾十兆電子伏以上的電子打靶后產(chǎn)生的，為了得到盡可能強(qiáng)的正電子束，往往需要建造一臺(tái)低能量的強(qiáng)流電子直線加速器。另外產(chǎn)生出來(lái)的正電子束尚需再度注入到注入器中，與電子一起加速到必要的能量，再注入到對(duì)撞機(jī)中去。由于正電子束的強(qiáng)度只及電子束的千分之一到萬(wàn)分之一，所以需要幾分甚至幾十分鐘的積累，才能達(dá)到足夠的強(qiáng)度。

質(zhì)子-質(zhì)子對(duì)撞機(jī)這種對(duì)撞機(jī)需要建造兩個(gè)環(huán),分別儲(chǔ)存兩束相反方向回旋的質(zhì)子束，才能實(shí)行質(zhì)子與質(zhì)子的對(duì)撞。由于質(zhì)子作回旋運(yùn)動(dòng)時(shí)，其同步輻射要比電子小得多，在質(zhì)子達(dá)到的能量范圍內(nèi)，可以略去不計(jì)，因此為縮小這類對(duì)撞機(jī)的規(guī)模,盡量采用強(qiáng)磁場(chǎng),這就需要采用超導(dǎo)磁體。另外，質(zhì)子束的積累也不如電子對(duì)撞機(jī)那樣方便，它必須依靠動(dòng)量空間的積累來(lái)實(shí)現(xiàn)。為此，必須首先在高能同步加速器中，將質(zhì)子加速到高能（一般為幾十吉電子伏），依靠絕熱壓縮，將質(zhì)子束的動(dòng)量散度壓縮上百倍，再注入到對(duì)撞機(jī)中去進(jìn)行積累，質(zhì)子對(duì)撞機(jī)中的高頻加速系統(tǒng)主要是用來(lái)進(jìn)行動(dòng)量空間的積累及積累完畢后的進(jìn)一步加速，因此所需要的高頻功率也比電子對(duì)撞機(jī)小得多。

由于上述原因，質(zhì)子－質(zhì)子對(duì)撞機(jī)的規(guī)模要比電子－正電子對(duì)撞機(jī)大，投資也較高。質(zhì)子－反質(zhì)子對(duì)撞機(jī)質(zhì)子與反質(zhì)子的質(zhì)量相同，電荷相反，也只需要造一個(gè)環(huán)就能進(jìn)行對(duì)撞。這種對(duì)撞機(jī)發(fā)展得較晚，主要原因在于由高能質(zhì)子束打靶產(chǎn)生的反質(zhì)子束強(qiáng)度既弱，性能又差，無(wú)法積累到足夠的強(qiáng)度與質(zhì)子對(duì)撞5。

“冷卻”技術(shù)的成功

70年代后期，“冷卻”技術(shù)的成功，給予這種對(duì)撞機(jī)巨大的生命力(見(jiàn)加速器技術(shù)和原理的發(fā)展)。由于冷卻技術(shù)的成功，使得現(xiàn)有的高能質(zhì)子同步加速器，只要它的磁鐵性能及真空度夠好的話，均有可能可以改成質(zhì)子－反質(zhì)子對(duì)撞機(jī)。

今后再建的超高能質(zhì)子同步加速器，均考慮了同時(shí)進(jìn)行質(zhì)子－反質(zhì)子對(duì)撞的可能，由此可見(jiàn)，這一技術(shù)成功的意義是何等重要。實(shí)現(xiàn)質(zhì)子－反質(zhì)子對(duì)撞雖然比質(zhì)子－質(zhì)子對(duì)撞能節(jié)省一個(gè)大環(huán)，但也有一定的弱點(diǎn)，主要是由于盡管經(jīng)過(guò)冷卻及積累,反質(zhì)子的強(qiáng)度仍然比質(zhì)子的低得多,這樣使得質(zhì)子－反質(zhì)子對(duì)撞機(jī)的亮度比質(zhì)子－質(zhì)子對(duì)撞機(jī)低得多，前者最大為1029～1030cm-2·s-1,后者則為1032cm-2·s-1。電子－質(zhì)子對(duì)撞機(jī)這種對(duì)撞機(jī)的主要困難在于電子束的橫截面很小，線度約為幾分之一毫米，而質(zhì)子的橫截面較大,線度約為一厘米左右。前者束流較密集,后者較疏松，兩者相撞時(shí)作用幾率很小5。

現(xiàn)階段的研究

正在研究中，實(shí)現(xiàn)這種對(duì)撞需建立兩個(gè)環(huán)，一個(gè)是低磁場(chǎng)的常規(guī)磁鐵環(huán),以儲(chǔ)存及加速電子；另一個(gè)是高場(chǎng)的超導(dǎo)磁體環(huán),以儲(chǔ)存并加速質(zhì)子，兩個(gè)環(huán)的半徑相同并放在同一隧道中，所以電子的能量通常是幾十吉電子伏，質(zhì)子的能量為幾百吉電子伏。

隨著加速器技術(shù)的提高,為了節(jié)約投資,新建的巨型加速器，往往在一個(gè)隧道中建造三個(gè)環(huán)，以便可能進(jìn)行多種粒子對(duì)撞，例如質(zhì)子-質(zhì)子、質(zhì)子－反質(zhì)子，電子－正電子、質(zhì)子－電子對(duì)撞。電子直線對(duì)撞機(jī)為避免電子作回旋運(yùn)動(dòng)時(shí)同步輻射損失引起的困難。

早在1965年已有人指出，在電子能量高于上百吉電子伏時(shí)，應(yīng)采用直線型來(lái)進(jìn)行對(duì)撞，就是說(shuō)，應(yīng)采用兩臺(tái)電子直線加速器加速兩股運(yùn)動(dòng)方向相反的電子束（或正負(fù)電子束）待達(dá)到預(yù)定能量后，兩股電子束被引出并在某點(diǎn)相碰。碰撞一次后的電子束即被遺棄，不再重復(fù)利用。當(dāng)然，只有當(dāng)這些被遺棄的電子束單位時(shí)間所帶走的能量小于環(huán)形對(duì)撞機(jī)中同步輻射的損失功率，這種方案才會(huì)被考慮。另外，由于電子直線加速功率的限制，每秒能提供的電子束脈沖數(shù)是有限的，所以單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生的碰撞次數(shù)也比環(huán)形對(duì)撞機(jī)少得多，為了保證直線對(duì)撞機(jī)與環(huán)形對(duì)撞機(jī)有相同的亮度，要求在碰撞點(diǎn)的橫截面進(jìn)一步壓縮，約比環(huán)形對(duì)撞機(jī)中的碰撞截面小幾十到幾百倍，十多年來(lái)技術(shù)上的進(jìn)展，使這種對(duì)撞機(jī)受到重視，有關(guān)的各種問(wèn)題正在解決中。

2023年3月，美國(guó)加州大學(xué)歐文分校物理學(xué)家主導(dǎo)的“前向搜索實(shí)驗(yàn)”（FASER）首次探測(cè)到粒子對(duì)撞機(jī)產(chǎn)生的中微子7。

工作原理

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)主要由一個(gè)27公里長(zhǎng)的超導(dǎo)磁體環(huán)和許多促使粒子能沿著特定方向傳播的加速結(jié)構(gòu)組成。在這個(gè)加速器里面，2束高能粒子流在彼此相撞之前，以接近光速的速度向前傳播。這兩束粒子流分別通過(guò)不同光束管，向相反方向傳播，這兩根管子都處于超高真空狀態(tài)。一個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)促使它們圍繞那個(gè)加速環(huán)運(yùn)行，這個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)是利用超導(dǎo)電磁石獲得的。這些超導(dǎo)電磁石是利用特殊電纜線制成的，它們?cè)诔瑢?dǎo)狀態(tài)下進(jìn)行操作，有效傳導(dǎo)電流，沒(méi)有電阻消耗或能量損失。要達(dá)到這種結(jié)果，大約需要將磁體冷卻到零下271攝氏度，這個(gè)溫度比外太空的溫度還低。由于這個(gè)原因，大部分加速器都與一個(gè)液態(tài)氦分流系統(tǒng)和其他設(shè)備相連，這個(gè)液態(tài)氦分流系統(tǒng)是用來(lái)冷卻磁體的。

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)利用數(shù)千個(gè)種類不同，型號(hào)各異的磁體，給該加速器周圍的粒子束指引方向。這些磁體中包括15米長(zhǎng)的1232雙極磁體和392四極磁體，1232雙極磁體被用來(lái)彎曲粒子束，392四極磁體每個(gè)都有5到7米長(zhǎng)，它們被用來(lái)集中粒子流。在碰撞之前，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)利用另一種類型的磁體"擠壓"粒子，讓它們彼此靠的更近，以增加它們成功相撞的機(jī)會(huì)。這些粒子非常小，讓它們相撞，就如同讓從相距10公里的兩地發(fā)射出來(lái)的兩根針相撞一樣。

這個(gè)加速器、它的儀器和技術(shù)方面的基礎(chǔ)設(shè)施的操作器，都安裝在歐洲粒子物理研究所控制中心的同一座建筑內(nèi)。在這里，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)內(nèi)的粒子流將在加速器環(huán)周圍的4個(gè)區(qū)域相撞，這4個(gè)區(qū)域與粒子探測(cè)器的位置相對(duì)應(yīng)5。

位置

位于瑞士和法國(guó)邊境地區(qū)的歐洲核子研究中心（CERN）。

兩束質(zhì)子將以光速撞擊，制造"迷你版"宇宙大爆炸；霍金下注百元打賭稱找不到希格斯玻色子

當(dāng)?shù)貢r(shí)間9月10日，歐洲核子研究中心(CERN)將啟動(dòng)大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)。這臺(tái)全球最大的粒子加速器將使兩束質(zhì)子以接近光速的速度撞擊，制造出"迷你版"的宇宙大爆炸，從而揭開(kāi)有關(guān)宇宙形成和結(jié)構(gòu)的秘密5。

工程耗資

工程耗資54.6億美元

歐洲核子研究中心將于10日把第一批質(zhì)子注入對(duì)撞機(jī)，開(kāi)始加速測(cè)試。這些質(zhì)子束將以反時(shí)鐘方向運(yùn)動(dòng)，在測(cè)試成功的前提下，科學(xué)家可能將在一個(gè)月后注入另一道順時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)的質(zhì)子束，接著讓它們正面撞擊。單束粒子流能量可達(dá)7萬(wàn)億電子伏特，迎面撞擊將產(chǎn)生巨大能量，瞬間熱度比太陽(yáng)還要熱10萬(wàn)倍。對(duì)撞機(jī)內(nèi)部的四個(gè)撞擊點(diǎn)都安裝有高度精確的探測(cè)器，撞擊發(fā)生時(shí)，計(jì)算機(jī)將記錄下大爆炸的數(shù)據(jù)以及產(chǎn)生的各種物質(zhì)，世界各地10萬(wàn)余名科學(xué)家將對(duì)獲得的龐大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

LHC是世界最大的粒子加速器，它建于瑞士和法國(guó)邊境地區(qū)地下100米深處的環(huán)形隧道中，隧道全長(zhǎng)26.659公里。隧道內(nèi)將維持在-271℃的極低溫。這一溫度將會(huì)出現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象，使得粒子在管道中幾乎不受任何阻力，以至接近光速。對(duì)撞機(jī)從2003年開(kāi)始建造，參與該項(xiàng)目的有來(lái)自80多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的2000多名科學(xué)家和工程師，整個(gè)工程耗去54.6億美元5。

用途

將豐富人類對(duì)宇宙了解

科學(xué)家希望，能夠在對(duì)撞機(jī)前所未有的對(duì)撞能量幫助下，制造"迷你版"宇宙大爆炸之后的瞬間狀況，探秘"希格斯玻色子"(Higgsboson)，"暗物質(zhì)"，"暗能量"等其他未解之謎。希格斯玻色子以英國(guó)物理學(xué)家彼得·希格斯名字命名，他在44年前提出，希格斯玻色子是物質(zhì)的質(zhì)量之源以及電子和夸克等形成質(zhì)量的基礎(chǔ)，這種粒子給其他粒子賦予了質(zhì)量，但它一直未被發(fā)現(xiàn)。

英國(guó)著名物理學(xué)家史蒂芬·霍金認(rèn)為，LHC產(chǎn)生的能量還不足以讓科學(xué)家發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子。為此他還下了100美元賭注。不過(guò)霍金表示：不管發(fā)現(xiàn)什么，撞擊結(jié)果將大大豐富人類對(duì)宇宙結(jié)構(gòu)的了解。

歐洲核子研究中心主管羅伯特·艾馬表示，他相信科學(xué)家將借助于這一機(jī)器獲得重大突破性發(fā)現(xiàn)。艾馬稱，獲得初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能需要耐心等待，一次試運(yùn)行足以產(chǎn)生一大堆數(shù)據(jù)，科學(xué)家需要大量時(shí)間分析6。

中國(guó)計(jì)劃

2014年7月23日，在國(guó)際合作者支持下，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所的科學(xué)家正計(jì)劃到2028年建造一個(gè)“希格斯粒子工廠”。那將是一個(gè)長(zhǎng)52公里的地下環(huán)路，它能使正負(fù)電子發(fā)生對(duì)撞。這些基本粒子的碰撞將使得人們能以更高的精確度研究希格斯玻色子。該對(duì)撞機(jī)的精確度將高于歐洲核子研究中心規(guī)模較小的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)。