石破天惊！美国要建μ子对撞机？科学和技术大都还不存在！

如果要你选一件人类历史上最令人咋舌，看似最不可能做到但却成功做到了的壮举，你会选什么？很多人可能会选择登月，为什么？因为还有很多人仍不相信已经登月。而现在，另一个看似不可能做到，堪比登月的壮举正在悄悄酝酿，这就是看似没有任何可能的μ子对撞机。是的，你没有听错，科学家们已不再满足于在太空留下脚印，而是要到粒子世界里去掀起风云！

为什么μ子对撞机看似不可能呢？很简单，μ子是一种类似电子，带负电的基本粒子，它的寿命只有2.2微秒，这意味着即使以光速奔跑，它也只能跑上660米就会“心肌梗塞”，一命呜呼，怎么在数十公里的隧道里加速对撞呢？所以这就是为什么建μ子对撞机堪比登月了，科学家们需要把不可能变成可能。

那为什么要建μ子对撞机呢？《三体》里物理学不存在了，因为智子锁死了地球科技，怎么锁死的呢？干扰粒子对撞机，让人类无法进行基础科学研究。所以建μ子对撞机还需要理由吗？

当然需要！现在的对撞机主要是电子对撞或质子对撞，欧洲核子研究中心(CERN)2012年发现上帝粒子希格斯玻色子后，准备建一条比现在长3倍，90公里的环形隧道，先进行电子和正电子的碰撞，以“量产”希格斯玻色子进行研究。然后再改造成100TeV的质子对撞机，以寻找新的物理学，但时间已排到2070年了。

然而这里有一道迈不过去的“坎”，在环形加速器中带电粒子会因曲线运动而发射同步辐射，这就是轫致辐射或刹车辐射，这会导致能量的不断损失，这种损失与粒子能量的四次方成正比，质量的四次方成反比，这意味着质量越小的粒子损失越大，所以电子-正电子对撞能量无法超过1TeV，而质子-质子对撞的上限也只有100TeV。

这就像汽车在1000米的直道上行驶，很容易就加速到200公里/小时，但你要在1000米的环形跑道上行驶，由于汽车需要克服离心力，你不得不频繁刹车损失能量，所以可能就只能加速到100多公里/小时了。

然后就是建造90公里的环形对撞机，成本可能达到惊人的300亿美元，而质子对撞能量要高于100TeV，可能还需要更强大的技术，比如更强的超级磁铁和更先进的超导技术，所以欧洲到现在都还没有完全敲定。

而μ子，简直就是上帝专门派来打发电子去打酱油的。它的性质和电子相似，只是重了206倍，介于电子和质子之间，所以它又叫μ介子。你可以简单地把它看成是一个“肥胖版”的电子，由于比电子重206倍，它在环形加速器中损失的轫致辐射会少206的四次方，也就是18亿倍，这意味着在小得多的环形加速器内，就可以加速到同样的能量。

据估计，一台10TeV的μ子对撞机，就可以达成和100TeV质子对撞机相同的科学，而它只需要和费米实验室一样长的隧道，也就是6.3公里，远远低于欧洲90公里的未来圆形对撞机。另一个关键就是，μ子是基本粒子，这意味着它们的碰撞比质子等复合粒子的碰撞更“干净”，结果更容易分析。

还有就是μ子质量比电子大得多，与希格斯玻色子之间的耦合更强，再加上更高的能量，μ子对撞机因而能更高效地产生希格斯玻色子，而且碰撞更“干净”，背景噪声更低，更容易识别希格斯玻色子的信号，因而是研究希格斯玻色子的强大工具。而希格斯玻色子，所谓的上帝粒子，那可是科学家们梦寐以求的研究对象，因为它可以帮助我们揭开，质量究竟是如何而来这一宇宙终极问题的答案，提供我们宇宙如何运作的深刻见解。最后就是μ子对撞机耗能更低，建设成本更便宜。

所以你看，μ子对撞机如此完美，不建简直是天理不容，对不起列祖列宗啊。然而正如我们开头所说，建造μ子对撞机可能比登月还难，目前还没有强有力的科学支持，也没人知道究竟能不能成功。因为在2.2 微秒，μ子生命短暂的“有生之秒”内，你需要从质子加速器捕获它们，冷却、加速并完成整个碰撞过程。就像一眨眼的时间，你就得从出生开始，完成上学、结婚、生子、衰老、死亡的整个过程，这不是强“μ子”所难吗？做不到，怎么都做不到！

国际μ子对撞机合作组织研究负责人丹尼尔·舒尔特感叹地说，要是μ子寿命再长一点，直接就可以开建了，哪还用得着这么纠结。他认为最大的挑战之一，就是开发新的高温超导磁体，一旦质子碰撞产生μ子，就需要马上冷却减速成可用的μ子束，然后用快速循环的高速磁体，对μ子束进行有效加速，同时保持对μ子束的精确控制。而这需要的磁体开发、加速技术、光束聚焦等技术，目前大多数都还不存在，或处于起步阶段。

看起来真的是希望渺茫，此生无望！不过我有一个好消息，目前μ子的唯一天然来源，是宇宙射线冲进地球大气层，高能质子撞击分子产生π介子，π介子寿命更短，冲刺7.8米后就会摇身一变，衰变成μ子。现在让你瞠目结舌的事情来了，科学家们的观察发现，大多数的μ子是在15公里高空产生的，而这些μ子竟然能冲到地面，甚至数百米深的矿井中，说好的只能跑660米呢？这15公里即使光速来跑，也要50微秒啊，μ子是怎么做到下定决心，不怕牺牲，屏住呼吸，坚决不咽气的呢？

经常看我频道的朋友可能早就明白了，这是爱因斯坦相对论效应的经典案例，当μ子以接近光速运动时，由于时间膨胀，虽然它自己感觉2.2微秒后就要说再见了，但作为地球上观察者的我们，却发现它时间膨胀，被拉长超过了50微秒，因而能够飞行更远的距离，理论上它的能量越大，我们看到它存活的时间就越长。

这就给我们带来了无限遐想，原来宇宙自个儿在帮我们寻找解决办法，我用GPT4算了一下，如果我们能把μ子加速到10TeV，它的寿命将达到208毫秒，也就0.2秒，这足够科学家们进行一系列复杂的操作了吗？

我还不太清楚，不过美国20年前就成立了一个粒子物理项目优先小组 (P5)，专门评估大中型物理研究项目，每10年召开一次会议，提出未来10年美国对粒子物理研究的投资计划。在去年12月的报告中，他们提出一个重磅建议，下一个10年美国应该启动μ子对撞机，首先是将技术发展到原理证明的程度，并最终在美国本土建造一座全尺寸的μ子对撞机。

“虽然我们不知道μ子对撞机最终是不是可行”，但这符合美国主办大型国际对撞机设施的雄心，让美国能够领导全球努力了解宇宙的基本性质，这就是新时代的“μ子发射”。我估计这意思是和登月相比，登月是发射火箭到太空，μ子对撞机是发射粒子到量子世界，真的是上穷碧落下黄泉啊。

欧洲核子研究组织则在2020年完成了一项未来战略研究，呼吁进行μ子对撞机的研究和开发，随后利用种子资金成立了国际μ子对撞机合作组织，希望通过国际合作开发μ子对撞机，目前全球约有200名科学家正在开发对撞机所需的概念和技术，美国费米实验室是潜在的μ子对撞机建造地。

和当初登月一样，μ子对撞机目前也处于没有人知道是否可行的阶段，但无论如何，就像当初登月开发的各种技术一样，μ子对撞机开发催生的新技术、新材料、新理论，也将可能促进人类科技水平的迅猛发展，并带来人类文明的巨大进步，所以绝对是“值得一试”的疯狂冒险。