CERN对撞机升级与FCC计划：粒子物理... Latest News
据BBC科学节目《Inside Science》2026年10月1日报道，瑞士日内瓦地下100米深处，CERN（欧洲核子研究中心）的大型强子对撞机（LHC）已全面停机，正式开启高亮度大型强子对撞机（HL-LHC）升级工程。记者汤姆·惠普尔深入隧道探访，揭示了这一全球最大粒子加速器在完成使命后，如何为下一代对撞机铺路。与此同时，一场围绕未来环形对撞机（FCC）的争论正在科学界升温——这台耗资约140亿英镑、周长是LHC三倍多的庞然大物，究竟是昂贵的科学幻想，还是解开宇宙奥秘的必经之路？本文将从升级细节、云层实验、新对撞机争议到土壤再生项目，全方位解读粒子物理学的下一站。"
明星家庭## CERN的“心脏手术”：LHC高亮度升级工程启动
豪门八卦在瑞士与法国边境的地下隧道中，LHC的27公里环形管道已进入静默状态。据CERN高亮度升级项目副主管保罗·费西亚向BBC介绍，工程师们正对加速器核心部件进行大规模更换，包括12个新型超导磁铁和多个精密探测器系统。此次升级旨在将质子对撞的“亮度”——即单位时间内的碰撞次数——提升至当前的5至7倍，从而让科学家在更短时间内收集更多数据。
豪门恩怨费西亚指出，HL-LHC计划于2030年恢复运行，届时预计能产生约3000万亿次质子对撞，远超目前的约1900万亿次。这项升级工程涉及全球约1000名科学家和工程师，来自30多个合作机构。值得注意的是，升级期间部分隧道空间被用作其他实验，包括一项与大气的云层形成相关的研究，这体现了CERN设施的多功能性。
豪门婚礼## 从对撞机到云层：大气科学的意外跨界
嫁入豪门在CERN的巨型实验大厅内，记者见到了云层实验（CLOUD）的项目运行协调员伊娃·索默。她解释说，在粒子加速器停机期间，团队利用高度精密的云室模拟大气条件，研究气溶胶粒子如何促成云层形成。“我们能在受控环境中重现大气过程，”索默表示，“这让我们能够精确测量不同气溶胶对云凝结核的影响。”该实验对气候模型至关重要——气溶胶与云的相互作用是目前气候预测中最大的不确定因素之一。
据CLOUD团队测量，某些生物源挥发性有机物在大气中氧化后，能显著增加气溶胶成核速率，部分情况下提升幅度可达100倍。索默的同事安蒂·翁内拉补充道，云室内的条件精确可控，温度可调至零下60摄氏度至零上30摄氏度，压力模拟从海平面至平流层高度，这种精度在世界上难以找到第二家。
## 未来环形对撞机：140亿英镑的科学豪赌？
随着LHC即将完成使命，欧洲粒子物理学界正将目光投向更宏大的计划——未来环形对撞机（FCC）。据BBC报道，FCC隧道周长预计将达91公里，是LHC的3.4倍，深度在200至300米之间。牛津大学教授盖伊·威尔金森在节目中力挺该项目，他认为FCC的造价虽高达约140亿英镑，但能产出的科学价值远超成本。
“LHC发现了希格斯玻色子，但这只是开始，”威尔金森说，“我们需要精确测量希格斯玻色子的性质，这需要更高的碰撞能量和更多的数据。”FCC计划分两步走：第一阶段从2048年起进行正负电子对撞，被称为“工厂”模式；第二阶段从2070年开始质子对撞，能量将是LHC的6倍以上。不过，批评者质疑这笔巨额投资的回报，认为短期内难以看到直接技术应用。
| 项目名称 | 周长（公里） | 开始运行年份 | 预估成本（亿英镑） | 主要目标 |
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| 大型强子对撞机（LHC） | 27 | 2008 | 约40 | 发现希格斯玻色子 |
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| 高亮度LHC（HL-LHC） | 27 | 2030（计划） | 约25 | 精确测量希格斯性质 |
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| 未来环形对撞机（FCC第一阶段） | 91 | 2048（计划） | 约100 | 正负电子对撞研究 |
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| 未来环形对撞机（FCC第二阶段） | 91 | 2070（计划） | 约140（合计） | 超高能质子对撞 |
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## 隧道废土变良田：OpenSkyLab的土壤再生实验
在CERN隧道的正上方农田里，植物科学家克里斯蒂安娜·施陶丁格正带领一个名为OpenSkyLab的项目团队，尝试将隧道挖掘产生的碎石变成可耕种土壤。惠普尔在现场看到，这些岩石碎屑被混合有机物质和特定微生物群落，放置在外观类似温室的长条形培养槽中。
施陶丁格向记者透露，全球每年约有240亿吨土壤因侵蚀而流失，这一项目的目标是开发出可扩展的土壤再生技术。“我们在CERN的隧道废料上试验，每公斤基质可以培育出约200克活性土壤，整个过程大约需要一年，”她说。项目已在2500平方米的试验区取得了初步成果，种植的植物包括黑麦草和三叶草，这些植物能在6个月内形成稳定的根系结构，为土壤增加有机碳含量。
## FCC的地质挑战：挖掘量是伦敦地铁的10倍
建造FCC不仅是物理挑战，更是工程挑战。据CERN地质团队估算，挖掘91公里隧道将产生约2400万立方米的岩土废弃物，这一数字是伦敦地铁伊丽莎白线挖掘量的10倍以上。项目规划者透露，部分废土将用于填补废弃采石场，另一部分则有望转化为建筑材料。
CERN的环保战略专家指出，FCC项目在设计和施工阶段均需满足严格的欧盟环境标准。与此相关的碳足迹估算显示，FCC建设和运行50年将排放约1500万吨二氧化碳当量，相当于一座大型燃煤电厂2年的排放量。威尔金森承认这一挑战的严峻性，但他强调：“如果人类想要理解宇宙最基本的构成，FCC几乎是不可避免的一步。”
## 国际竞争格局：欧洲、中国与美国的三方角力
就在欧洲推进FCC方案的同时，中国和美国的粒子物理计划也在加速。据路透社报道，中国正在考虑建设周长为100公里的环形正负电子对撞机（CEPC），预计耗资约260亿元人民币，其科学目标与FCC第一阶段高度重合。美国费米实验室则侧重中微子研究，尚未提出类似规模的对撞机计划。
CERN的科学家对此表现淡定。费西亚表示：“国际竞争实际上是良性合作，物理是全球性事业。”威尔金森则补充道：“无论最终是哪台机器先出结果，整个物理学界都将受益。”不过，欧洲若不能及时批准并资助FCC，恐将失去在粒子物理领域的长期领先地位，时间窗口正在收窄。
## 粒子物理学的下一个黄金时代
从HL-LHC的精密升级到FCC的宏伟蓝图，粒子物理学正站在一个新的十字路口。记者在CERN地表看到的土壤再生实验，恰恰象征着这门学科对可持续未来的关切。尽管面临资金、技术和环境的诸多挑战，但科学家们普遍认为，未来30年将是粒子物理学的又一个黄金时代。
正如威尔金森在节目结束时所言：“我们不是在选择是否探索，而是选择如何探索。”当LHC完成最后一次超导磁铁更换，全球的目光都将聚焦这个地下深处的圆形隧道——它正在为一个关于宇宙起源的问题准备答案。
Q1: 高亮度LHC（HL-LHC）升级的关键目标是什么？
A1: 高亮度LHC升级旨在将质子对撞亮度提升至当前的5至7倍，使总碰撞次数从约1900万亿次增至约3000万亿次。这能让科学家更精确地研究希格斯玻色子性质、探测稀有粒子衰变过程，并可能在超越标准模型的新物理领域取得突破。工程预计2030年完成，涉及约1000名科研人员。
Q2: 未来环形对撞机（FCC）为何造价如此高昂？是否值得投资？
A2: FCC造价约140亿英镑，源于91公里隧道挖掘、超导磁铁制造和探测器构建等庞大工程。牛津大学威尔金森教授认为，FCC能精确测量希格斯玻色子并探索更高能量物理，其科学价值远超成本。但项目需在2028年前获得欧洲各国政府批准，否则可能面临延期或取消的风险。
粒子物理学的未来已清晰绘就：高精度测量与更高能量的探索将并行推进。从LHC到HL-LHC再到FCC，人类对物质本质的追问从未止步。这不仅是科学进步，更是国际合作与人类好奇心的胜利。
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