紧凑型直线对撞机（CLIC）——大型强子对撞机未来的接班人？

大型强子对撞机是当今世界上最强大的粒子加速器，论能量和物理学前沿的研究能力，它确实无人能及。但这一切荣耀都只是过眼云烟，在2035年左右，这个17英里长的强子对撞机就将会退役，那之后怎么办呢?

世界各地的竞争势力现在都在争先恐后地争取资金支持，好确保他们的对撞机理念成为下一个接班LHC的重大科研仪器。预印本平台arXiv在8月13日发表的一篇论文中描述了其中一个设计理念，理念中的对撞机被称为紧凑型直线对撞机(CLIC, Compact Linear Collider)，这个拟议中的大型亚原子超电磁炮看起来很有希望。希格斯玻色子的真正性质是什么?它和顶夸克有什么关系?我们能在标准模型之外找到一些物理学的其他任何线索吗?CLIC或许能够回答这些问题，但它需要一台比曼哈顿还要长的粒子对撞机。

亚原子的直道加速赛

大型强子对撞机(LHC)会将一些被称为强子的重粒子撞击在一起(你体内也有一堆强子，质子和中子就是这个微观家族最常见的代表粒子)，在大型强子对撞机上，强子会在一个巨大的圆圈里一圈又一圈地旋转，在速度接近光速的时候撞击在一起。大型强子对撞机的能量是地球上任何其他设备都无法比拟的，这确实很令人印象深刻，但整个撞击过程却显得有点混乱，毕竟强子只是一些聚集在一起的粒子，它里面包含着更小、更基本的东西，当强子破碎的时候，它们的这些“内脏”就会散落一地，这就让分析变得非常复杂。

相比之下，CLIC的设计要更简单、更干净、更精准。CLIC将会使用电子和正电子这两种轻重量基本粒子代替强子。这台加速器将沿着一条直线加速粒子，长度从7英里到31英里(11公里到50公里)不等，这取决于最终的设计。

但所有的这些好事都没那么快发生。按照目前的计划，在2035年，也就是大型强子对撞机逐渐退役的时候，第一代CLIC将会以3800千兆电子伏(GeV)运行，这还不到大型强子对撞机最大功率的三十分之一。事实上，即使是CLIC目前的终极运行能力目标，3万亿电子伏特(TeV)，也不到大型强子对撞机目前能力的三分之一。

那么，如果一个先进的新一代粒子对撞机无法超越我们现在的粒子对撞机，那它的存在又有什么意义呢?

希格斯猎人

对此，CLIC给出了这样的答案，与其更努力地工作，它可以更聪明地工作。

大型强子对撞机的主要科学目标之一是就寻找希格斯玻色子，这是一种科学家们一直在寻找的粒子，它能把自己的质量借给其他粒子。在20世纪80年代和90年代，当时大型强子对撞机还在设计当中，而且我们并不确定希格斯粒子是否真的存在，我们也不知道它的质量和其他性质是什么。因此，我们必须建立一个比较通用的仪器，它必须可以研究多种可能发现希格斯玻色子的相互作用，而我们后来也确实做了一个这样的仪器(即LHC)。

现在，我们已经知道希格斯玻色子是真实存在的了，所以我们大可以将对撞机的研究范围缩得更窄一些。这样做的话我们就能够制造尽可能多的希格斯玻色子，收集更多有趣的数据，更多地了解这种神秘又基本的粒子。

接下来说的可能会是你这周遇到的最奇怪的物理术语了：Higgsstrahlung，是的，你没看错。粒子物理学中有一个叫做轫致辐射的过程，一堆热粒子挤在一个小盒子里的时候就会产生这种独特的辐射。通过类比，当你以高能量将一个电子撞向一个正电子时，它们会相互毁灭，爆发大量能量和产生新的粒子，其中就有一个Z玻色子和一个希格斯玻色子，这就是Higgsstrahlung。

在3800千兆瓦的电子伏(GeV)条件下，CLIC就是一个产生Higgsstrahlung的巨大工厂。

顶夸克

基于对探测器和粒子碰撞的复杂模拟，波兰华沙大学(University of Warsaw)物理学家、CLIC合作项目成员亚历山大·菲利普·扎内基(Aleksander Filip Zarnecki)在最新的论文中解释了该设施设计的最新情况。

借助CLIC，科学家们希望在一个干净、易于研究的环境中可以尽可能多地产生希格斯玻色子，这样我们就能对这种粒子有更多的了解：希格斯粒子只有一个吗?它们会相互作用吗?希格斯玻色子与亚原子物理学主流理论标准模型中所有其他粒子的相互作用有多强?

同样的原理也适用于顶夸克，顶夸克是人类最不了解和最稀有的夸克。你可能没怎么听说过顶夸克，因为它有点孤僻——它是最后一个被发现的夸克，而且我们也很少见到它。但即使是在初始阶段，CLIC也将会生产大约100万个顶夸克，这可以为科学家们提供大型强子对撞机和其他现代对撞机都无法提供的统计能力。有了这样的基础，CLIC的研究小组希望可以研究顶夸克衰变的过程，顶夸克的衰变过程也很少发生，但当你有了一百万个顶夸克，你也许就能学到一些什么东西。

但这还不是CLIC的全部目标。当然，更加充分地了解希格斯玻色子和顶夸克是一回事，但CLIC的巧妙设计还使其突破了标准模型的边界。到目前为止，大型强子对撞机在寻找新粒子和新物理方面都空手而归，虽然它还有许多年的时间，但随着时间的推移，新发现的希望正在逐渐减少。

而通过产生无数希格斯玻色子和顶夸克，CLIC可以寻找新物理学的线索。如果存在某种未知粒子或相互作用的话，这种未知粒子或相互作用就会微妙地影响希格斯玻色子和顶夸克的行为、衰变过程和相互作用。CLIC甚至还可能会产生暗物质粒子(暗物质是一种看不见的神秘物质，它改变着宇宙天体的轨迹)，但该设施无法直接看到暗物质，因为它本来就是看不见的，不过物理学家可以发现在撞击事件中消失的能量或动量，如果确实有能量或者动量莫名其妙地消失的话，那么这些迹象就非常明确地表明撞击中确实发生了一些古怪的事情。

没人知道CLIC可能会发现什么，但无论如何，如果我们想继续了解宇宙中的已知粒子、并发现一些新粒子的话，我们就必须要超越现在的大型强子对撞机。