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超级对撞机的流产(1) 精选

已有 9511 次阅读 2016-9-26 08:47 |个人分类:物理|系统分类:科普集锦


   FAST落成了,不知争论着的大对撞机什么时候实现。我突然想起温伯格讲过美国的“超导超级对撞机”(Superconducting Super Collider,简称SSC)的故事。温老写《终极理论之梦》(Dreams of a Final Theory: The Scientist's Search forthe Ultimate Laws of Nature, Pantheon Books, 1992)时,SSC已批准落户德州Ellis县(没有扒鸡,但有棉花),他用了整整一章来写计划的来龙去脉;可就在书要出版的时候,众议院投票决定否决了SSC。温老遭遇的问题未来一定还会有,我们这会子重温SSC故事,也许有助于思考自己的大机器和大科学。原文较长,分4块连载,分别是1)立项;2)目标;3)斗争;4)失落。

 

超级对撞机的计划在6年前就开始了。那时,能源部有一个棘手的计划,所谓的ISABELLE Intersecting Storage Accelerator + "belle",已经在长岛的布鲁克海文国家实验室做了。ISABELLE计原打算作为已有的费米实验室加速器的后继者,费米实验室是美国在芝加哥以外的基本粒子物理学的主要实验研究机构。计划从1978年开始以后,就停滞了两年,因为用来聚焦中子束的超导磁体的设计遇到了麻烦。不过,ISABELLE还有其他更深层的问题:虽然它完成以后将是世界上最大的加速器,但是它可能还不足以回答粒子物理学迫切需要回答的问题:为什么联系弱力和电磁力的对称性会破缺?

……解决这个问题的惟一确定的方法是做大的实验,在实验中产生万亿伏特的能量,生成希格斯粒子或被额外强力束缚在一起的大质量粒子。为此目的,显然需要给一对碰撞的质子赋以40万亿伏特的能量,因为质子的能量在组成它的夸克和胶子间分配,一个质子的夸克和胶子跟另一个质子的夸克和胶子碰撞,大约只有四十分之一的能量用来产生新的粒子。而且,用40万亿伏特的质子束来轰击一个静态的目标还不够,因为那样一来,几乎所有的能量都将被打击质子的反冲所耗费。为了可靠地解决弱电对称破缺的问题,我们需要两束20万亿伏特的质子流发生正面碰撞,这样,两个质子的动量相互抵消了,反冲不浪费一点儿能量。幸运的是,我们可以相信,能产生20万亿伏特强大质子束的加速器确实能解决弱电对称破缺的问题——它要么发现希格斯粒子,要么发现新强力的证据。

1982年,实验和理论物理学家中间开始流行一种观点:ISABELLE计划该下马了,应该造更强大的新加速器,那样才能解决弱电对称破缺的问题。那年夏天,美国物理学会召开了一次非正式会议,第一次详细研究了能生成比ISABELLE能量高50倍的20万亿伏特质子束的加速器。来年二月,能源部高能物理学顾问团的一个小组在斯坦福沃茨基(Stanley Wojcicki)领导下,召开了一系列探讨下一代加速器的会议。小组在华盛顿与总统科学顾问凯沃斯(Jay Keyworth)会谈,从他那儿得到线索,政府似乎很看好一个宏大的新计划。

沃茨基小组于198362971在维切斯特县哥伦比亚大学纳维斯回旋加速器实验室举行了会议。与会的物理学家一致赞同建设一个新的能产生10 ~ 20万亿伏特能量质子碰撞束的加速器。会议决定本身不会引起多大注意,任何领域的科学家一般都可能推出一个新的研究计划。更重要的是,赞成与反对停止ISABELLE计划的票数为107。这是一个艰难的决定,遭到了布鲁克海文实验室主任萨缪斯(Nick Samios)的强烈反对。(会后,萨缪斯说,“这是高能物理学有史以来做出的最令人失望的决定。”这个决定不但使顾问小组对新加速器的支持戏剧化了,还使它成为一个政治难题——能源部很难再向国会伸手要ISABELLE的经费;如果这个计划停下来,又没有新的计划,能源部就一个高能物理学的建设项目也没有了。

10天以后,沃茨基小组的决定得到了它的“娘家”,能源部高能物理顾问团的一致认可。这样,建议的新加速器第一次有了它现在的名字:超导超级对撞机,或简称SSC811,能源部授权高能物理顾问团草拟实施SSC项目需要的研究和发展计划。19831116,能源部长霍德尔(Donald Hodel)宣布停止ISABELLE计划,并向参议院拨款委员会要求授权将经费从ISABELLE转到SSC






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