重要发展里程碑：中国计划建造全球最大的粒子对撞机！

我们常常在科幻电影中看到自由进出微观物质世界的未来科技，这样的科幻场景正在中国成为现实。在地下一条100公里长的隧道中，或将诞生一台巨大的“显微镜”，可以窥探地球乃至宇宙深处的秘密。

中国计划建造的世界最大粒子对撞机——环形正负电子对撞机（CEPC），将推动基础科学研究的进步，还可能彻底改变我们对宇宙的理解。

揭秘：微观世界的“超级赛道”

粒子对撞机就像微观世界的“超级赛道”。在这个精密设备中，科学家们通过精巧而复杂的加速电场让微小的粒子以接近光速的速度运行，绕过长长的隧道，在特定位置相撞。

当两束高速粒子在预定“观察点”相撞，就像在亚原子尺度上制造了一次微型的“宇宙大爆炸”。这种高能碰撞能让我们观察到平常看不见的物理现象，根据爱因斯坦质能方程E=mc²，我们得知，巨大的能量可以转化为物质。高能碰撞中，瞬间释放的巨大能量可以创造出日常世界中看不到的种种现象，让我们有机会窥探微观粒子的结构奥秘。

更令人兴奋的是，这种高能碰撞还能再现宇宙诞生瞬间的高能状态。通过模拟宇宙早期的高温、高密度环境，我们可以更好地理解宇宙是如何从一个奇点演化成今天所见的浩瀚星空，这就像拥有了一台“宇宙时光机”，让我们有机会研究宇宙最初的模样。环形加速器被视作现代物理学最重要的工具之一，它不仅是探索微观世界的“超级显微镜”，还是研究宇宙起源的“时光机器”。

装备于大型强子对撞机（LHC）的紧凑μ子线圈（CMS）侦测器，右下方的梯子凸显出尺寸大小。图片来源：维基百科

中国计划建造的这台“环形正负电子对撞机（CEPC）”，主要研究目标是希格斯玻色子（Higgs boson），这种在2012年发现的神秘粒子，被形象地称为“上帝粒子”。它就像魔法书中最核心的密语一样，被认为能够赋予其他粒子质量。

科学家们希望通过深入研究，解答宇宙中最基本的一些问题：为什么物质会有质量？宇宙是如何演化的？为什么宇宙中的物质比反物质多？

标准模型中，费米子有六种夸克（紫色），六种轻子（绿色）；四种规范玻色子（红色）；希格斯玻色子（黄色）。图片来源：维基百科

环形正负电子对撞机（CEPC）就像帮助我们解读核心密语的工具，中国科学家通过这台“超级显微镜”，有望在基础物理学研究领域取得重大突破，为人类探索宇宙奥秘贡献重要力量。

CEPC：科技创新的结晶

环形正负电子对撞机（CEPC）的设计堪称一项工程奇迹，它体现了多项尖端科技的融合应用。这个巨大的“赛道”由一个周长100公里的地下隧道组成，相当于250个400米标准跑道首尾相连的长度。在这个庞大的设施中，粒子被加速到接近光速，产生高能量碰撞，其独特之处不仅在于规模巨大，更在于效率和精确度。它每年可以产生数百万个希格斯玻色子（Higgs boson），科学家们能够以前所未有的精度测量这种神秘粒子的性质。

CEPC团队、国际顾问委员会和《CEPC概念设计报告》国际评审委员会部分成员合影。图片来源：中国科学院高能物理研究所

令人期待的是，环形正负电子对撞机（CEPC）有望在2027年开工建设，约10年完工。这意味着它将比欧洲的未来环形对撞机（FCC）计划至少提前几年完成建设，中国很可能在这场科技竞赛中占得先机。

挑战与机遇：打造世界级科研平台

然而，将“CEPC”这个宏伟计划变成现实并非易事。建造如此庞大精密的设备需要突破多项尖端技术，从超导磁铁到精密控制系统，每一个组件都对精度和稳定性有极高要求，这就像组装一只超级精密的手表，每一个零件都不容有丝毫差错。

工程方面的挑战同样巨大，挖掘100公里长的地下隧道需要考虑复杂的地质条件和环境影响。目前，秦皇岛、长沙和湖州三个城市正在竞争“CEPC”项目选址，每个地点都存在各自优势，面临不同挑战。

CERN LHC对撞机隧道内部。图片来源：维基百科

尽管挑战不小，“CEPC”项目也带来了巨大发展机遇。它将推动中国在多个高科技领域的发展，从超导技术应用到精密制造产业都将获益。更重要的是，它将为中国培养一大批世界级科学家和工程师，为未来的科技创新奠定坚实的人才基础。

未来，如果“CEPC”项目顺利实施，将为人类认识宇宙打开一扇“新窗”。这是一次勇敢的科技尝试，正是这种探索未知的好奇精神，推动着人类文明不断进步。中国提出并推进这一宏伟计划的战略信心，彰显了一个科技大国的雄心与担当。我们期待这架由中国制造的巨大“显微镜”，帮助我们探索更多的宇宙秘密！

参考文献

[1] Nature, China could start building worlds biggest particle collider in 2027.

[2] 王贻芳，建设大型加速器 实现科学梦.

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出品丨科普中国

作者丨郭菲 烟台大学

监制丨中国科普博览

责编丨董娜娜

审校丨徐来 林林