LHC（大型强子对撞机）可能的后继者（计划）有哪些？ 知乎用户，BESIII国际合作组成员 CEPC(Circular Electron Positron Collider)，环形正负电子对撞机。中国制造。 题主问的是 LHC 可能的后继者，CEPC 是一个很有前途，很有可能实现的备选项目。 毫无疑问，现在欧洲核子中心(CERN)的 LHC(大型强子对撞机 Large Hadron Collider)是世界上最大的粒子加速器，位于法国和瑞士边界，作为国际高能物理实验研究之用。 LHC 自运行以来获得了非常多的物理结果，目前最重要的结果毫无疑问是 2012 年确认的上帝粒子，关于 Higgs 请看寻找希格斯玻色子的意义是什么？ - 李淼的回答。 当年欧洲开始建造 LHC 的时候，她并不是计划中最大的。当时美国人计划建造的超导超级对撞机（Superconducting Super Collider,简称 SSC）【有没有发现物理学家命名对撞机时的词汇非常缺乏，无非是 large、super、huge 之类的“大”、“很大”、“超级大”……】，环的周长为 87km，初始运行的主要目标是实现质子一质子的对撞，束流的能量为 20TeV(万亿电子伏特)。对比现在的 LHC，周长也才 27km，质子对撞能量 14TeV。可是现在为啥只听说欧洲的 LHC，却没听说美国的 SSC——因为美国太穷，建不起来啦！导致 SSC 关闭的直接原因是 1993 年年初审计总署（GAO）做出的对项目不利的报告。该报告认为，整个项目费用超支，进展滞后。例如，付给建筑师、工程师的服务费和基础建设费在预算 12.5 亿美元的基础上会超出 6300 万美元，完成项目的总费用增加和工期则难以估计。于是美国国会就停止 SSC 的经费了。 从此欧洲 LHC 一支独大，发现了标准模型的最后一个粒子——希格斯粒子，美国人只能眼红。 按 CERN 的进程表，LHC 在今年（2015 年）会重新启动运行，以后还会有升级计划。今后各国还计划建造 ILC（国际直线加速器），但是呢，人多就会口杂，就会扯皮，所以 ILC 的进展缓慢。ILC 的推动者主要是日本欧洲美国，大家也知道近几年他们的经济不景气，科研经费短缺，原来的重返月球计划，奥巴马也假装不知道了。 与此对比，中国现在最不缺小钱钱，中国说了，欧洲美国日本的科学家们，你们都来我家玩吧，加速器嘛，咱们要玩就玩个大的。钱呢，我出大头，你们出小头好了，既然我出钱多，当然要建在我家里啦，你们国家的科学家来给我打工~ 于是环形正负电子对撞机 CEPC 的计划新鲜出炉了。为了响应习总节约环保、可持续发展的号召，CEPC 以后还能升级为超级质子对撞机 SPPC。CEPC-SPPC 是一个长达 50–70km 的环形加速器，是中国独立提出的新一代加速器的概念。如它的名字所示，CEPC-SPPC 有两个工作阶段，第一阶段用做环形正负电子对撞机（CEPC），第二阶段则是将其升级为超级质子对撞机（SPPC）。正负电子对撞机有本底低且初态精确可调的特点，而 CEPC 的质心能量可以轻松达到 Higgs 粒子的产生阈值（~240 GeV）进而产生大量的干净的 Higgs 粒子（Higgs 工厂）。目前 LHC 利用质子对撞，实验结果的本底非常高，不干净，不利于精确测量。而利用 CEPC，人们可以对 Higgs 粒子以及其他的标准模型粒子（比如 Z 粒子）进行精确测量，从而搜索出新物理的蛛丝马迹乃至预言新物理能标。另一方面，超级质子对撞机能够达到的质心能量比目前实验上的最高水平大接近一个量级，可以对高达 50 或更高的 TeV 的能区进行直接搜索。综上所述，在寻找新物理方面，CEPC-SPPC 将能够发挥不可替代的作用。 科学项目有国界，但是科学研究无国界。眼看着 ILC 迟迟建不起来，自己国家的政府没钱拨款建造新的加速器，各国的科学家是非常识时务的，纷纷投入中国的怀抱，帮助中国推动 CEPC。 去年清华大学主办了一个物理学论坛，叫“希格斯粒子之后，基础物理学向何处去”，此次论坛由菲尔兹奖获得者、清华大学教授丘成桐主持。诺贝尔物理奖获得者 David Gross、诺贝尔物理奖获得者 Gerard’t Hooft、菲尔兹奖和基础物理学奖获得者 Edward Witten、基础物理学奖获得者 Nima Arkani-Hamed、基础物理学奖获得者 Joseph Incandela、狄拉克奖和樱井奖获得者 Luciano Maiani、日本东京大学卡弗里宇宙物理学与数学研究所所长 Hitoshi Murayama、潘诺夫斯基实验粒子物理学奖获得者王贻芳等八位世界一流的物理学家作为嘉宾参加论坛，谈了对基础物理学的未来发展的看法。 这个论坛呢，科学家们可不仅是来谈物理的，更重要的是来推(坐)销(台)。因为在清华开完这个论坛，他们马不停蹄地到中科院高能物理研究所参加了 CEPC 的讨论会，参与推销中国的 CEPC 项目。为啥要推销？一方面，这么多著名科学家都来中国支持 CEPC，会吸引更多的各国科学家来参与项目；另一方面，中国政府看到这个项目弄得很火，就不好意思不给钱了——就是要忽悠你家兔子心甘情愿地掏钱给物理学家造玩具玩……土共一看，这么多国外的科学家带着技术和人才来投奔我，给我发展国内的研究，掏钱就掏钱吧，何乐而不为呢？各位看官请看历史上，二战之后各国科学家投奔美国——历史似乎有点轮回的影子。 在清华的那个论坛上，诺贝尔物理奖获得者 Gross 教授说：“我把这个梦想叫做‘中国的伟大加速器(The Great Accelerator)’，这会和万里长城(The Great Wall)一样引人瞩目。它会比万里长城的作用更大，会在科学技术各领域有突破和发现。”Maiani 教授说：“美国建造了 Tevatron 对撞机，欧洲建造了 LHC 对撞机，中国现在有机会建造 CEPC，这是中国高能物理发展的机遇。”Incandela 教授表示：“建造新的高能加速器对深入理解我们赖以生存的宇宙非常重要，在国际高能物理学界的下一步发展计划中，期待中国扮演一个举足轻重的角色。”各国科学家忙不迭地给中国戴高帽，旁边还有中国科学家帮腔，就是希望兔子能够给经费支持…… 那么 CEPC 目前的进展如何？前期研究和准备工作正在进行，当前正在做的是加速器和探测器的模拟工作，简单来说是要在计算机上做模拟以确定各个部件的建造指标。前期概念设计报告(pre Conceptual Design Report)作为项目的第一个里程碑，已经在 2014 年底发布。大量的人力被投入进来，预计将在 2020 年完成技术设计报告(Technical Design Report)。正负电子对撞机将在 2021 年开始建设，计划 2027 年完成建设。 以下资料来自于CEPC官方网站和中科院高能物理研究所网站。 选址。该项建设应当选择环境优美、旅游资源丰富、人文条件好、国际化基础好、地质条件好、交通方便、地方政府支持且有未来发展潜力的地区，以发展出国际科学城。 备选地点：秦皇岛 隧道建设。为建设周长达 50 ～ 70 km 的环形对撞机，首先需要建造一条宽约 7 m 的地下隧道，以节约用地并屏蔽辐射。隧道埋深大约在地下 50 ～ 100 m 左右，以不影响地面建筑。为节约造价，减低建造风险，提高建设速度，一般要求地质条件为花岗岩。目前在中国建造这样的隧道没有技术难度，造价大概也是全世界最低的。 CEPC 的关键技术和初步设计参数。首期正负电子对撞机（CEPC）的设备主要包含超导高频加速系统、普通常温磁铁、真空、电源、束侧等，大部分技术我们基本掌握，总体上没有大的技术困难。初步的设计参数如下： 进度计划。中国科学家和各国参与者们也制定了一个设计、研制的时间计划，如下表所示 未来可发展为世界科学中心。在中国建设这样一台加速器，将引领国际高能物理及相关技术的发展，使我们确定无疑地全面领先国际，成为国际研究中心。这是近代以来国人梦寐以求的事，也可以成为中华民族全面复兴的标志。该建设与科学研究将需要国内外上万名科学家与工程师，用国际化的方式运作、管理，因此需要建设一个国际化的大型科学研究中心。依托该研究中心，还会有许多相关设备及服务企业，围绕该中心可以建设一个国际科学城，并发展成为一个世界科学中心。 想象以下，如果一切顺利，兔子将在 2049 年正式迈入发达国家行列，那时我们将有世界最大的对撞机，我们将有一个世界科学中心。 世界主要经济体的规模（下图，来自费米实验室的周为仁教授的报告） 已有的 以及 即将建造的 加速器的尺寸（下图，来自费米实验室的周为仁教授的报告） 上图中最小的红圈圈表示的是 BEPC，是我国正在运行的北京正负电子对撞机。可见它与我国的经济实力相比是不符合滴，我们需要建造像 CEPC 那样的对撞机，才符合我国的经济实力。所以……兔子你快掏钱啊。 这样的投资实际上也是我国未来能够承受的。过去几十年，各国对大型加速器建设均投入巨资。 下表列出了过去各国对大型装置的投入占当年 GDP 的比例。 － BEPC 投入 /4 年 / 中国 1984 年 GDP ≈ 0.0001 － SSC 投入 /10 年 / 美国 1992 年 GDP ≈ 0.0001 － LEP 投入 /8 年 / 欧盟 1984 年 GDP ≈ 0.0002 － LHC 投入 /10 年 / 欧盟 2004 年 GDP ≈ 0.0003 － ILC 投入 /8 年 / 日本 2018 年 GDP ≈ 0.0002 － CEPC 投入 /6 年 / 中国 2020 年 GDP ≈ 0.00005 － SPPC 投入 /6 年 / 中国 2036 年 GDP ≈ 0.0001 由表可见，CEPC 及 SppC 的建设投资占 GDP 的比例低于或等于当年建设 BEPC 时的比例。世界各国当年的投入一般也高于此比例。表明我们有能力建设该项目。 当年北京正负电子对撞机（BEPC）建设时也有许多争议。但小平同志高瞻远瞩，拍板决定了这项建设，现在看来由于 BEPC 的建设，我们在科学上获得了丰厚的回报，取得了一系列具有重大国际影响的成果。在技术上，BEPC 使我们具备了建造大型加速器的能力，完成了同步辐射及散裂中子源等为社会服务的大科学装置建设，并成为技术引进的窗口，引领了网络及 www 等技术在中国的普及与发展。在管理上，BEPC 及高能所的国际化管理方式推广到科学院其他院所及其他重大项目，起到了重大作用。【环形正负电子对撞机】 清华大学物理论坛，来为 CEPC 摇旗呐喊的外国科学家（下两图，来自相关新闻报道） 台上坐着几位诺奖得主，论坛由丘成桐主持。那天有幸去了会场，我坐在观众席第四排，位置大概在红圈标出的区域……看得到我不？ _3 」∠)_ 【END】 查看知乎原文
