如何建造更小却更强大的对撞机？

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（CEPC/SPPC） 、欧洲核子中心的未来环形对撞机 （FCC-ee/FCC-hh） 等，也包括设计长达30公里的直线对撞机，例如日本计划建造的国际直线对撞机 （ILC） 。这些设备拟加速质子、电子和正电子等常用粒子，以尽量降低技术风险，但它们仍然需要耗费巨大的成本，并面临许多技术挑战。这些都将影响计划的可行性。

欧洲核子中心计划在现有的大型强子对撞机（LHC）旁边，建造周长达100公里的未来环形对撞机（FCC）。LHC是质子对撞加速器，FCC则是正负电子对撞加速器。| 图片来源：CERN

也有一些计划会使用创新技术来设计，例如基于激光和等离子体的加速技术。这些方法在开发低能耗的紧凑型加速器方面取得了很大的进步，但是，如果既要保持高束流品质，又要达到高能量量级，还需要进行多年的摸索。另外则有一些计划使用了μ子束。

MICE合作组首次实现了μ子电离冷却技术，但是，需要注意的是目前冷却量还很小，电离冷却技术仍然处于起步阶段。要获得能够用于对撞的μ子束，科学家必须从μ子中吸收比这次实验中多一万倍的能量。科学家已经开发出了用于μ子对撞机的概念设计，但是要实现有效的μ子冷却系统和μ子对撞机，还需要做更多的工作。

综合考虑技术和花费，以上种种提议中，到底哪种方法在未来的高能前沿实验中最可行？现在我们还很难说。但是，如果物理学家能够冷却和控制μ子束，那么实现μ子环形对撞机将指日可待。

μ子优于质子，它们能提供清晰的碰撞；μ子也优于电子，当粒子轨迹被加速器磁铁偏转时，它们损失的能量更小。μ子对撞机可以在体积小得多的情况下，实现与电子或质子对撞机相比拟甚至更高的能量量级。MICE合作组的成果是通往现实的μ子冷却系统的里程碑，这一进展或许会带领我们实现中微子工厂和μ子对撞机。

参考资料

[1]https://www.nature.com/articles/d41586-020-00212-3#ref-CR2

[2]https://www.nature.com/articles/s41586-020-1958-9#Sec5

[3] https://www.scientificamerican.com/article/mice-cold-collaboration-demonstrates-muon-ionization-cooling/

[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Large_Hadron_Collider

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