让杨振宁发愁的问题解决了？大型电子对撞机“备胎”技术迎来突破

2019年底，一篇题为《杨振宁的最后一战》的网文，引发了关于超大型粒子对撞机的热烈讨论。基于文章提到的一些原因，当下，国内从社会到科学界，大多数人对修建超大型电子对撞机都持反对态度。

一旦中国拒绝修建，在欧洲、美国早已宣布无意的情况下，国际高能物理研究通过大型对撞机获得进步的梦想宣告破灭，相关科学家必须改换方向，其中，备选方向之一便是介子。

在《自然》新近刊登的一篇论文中，μ介子电离冷却实验(MICE)的报告结果使科学家们相信，他们离高能物理研究的创新方法之一——μ介子对撞机——又近了一步。

介子和电子一样，是粒子物理标准模型中的基本粒子，但它们的质量是电子的200倍。这一特性影响了它们在粒子碰撞中所能达到的能量（以及它们被发现的潜力)，因而也将影响以其为各自对象的对撞机大小和成本。当粒子的轨迹被加速磁铁弯曲时，介子这样的重粒子比像电子这样的轻粒子损失的能量要少得多。

这样，基于传统直线加速器的希格斯粒子工厂将会有10-20公里长的长度，而基于圆形介子对撞机的探测器，其周长只需约0.3公里。

不过，在介子对撞机出现之前，科学家还必须先学会操纵介子束，减少介子在垂直于光束方向上的位置和速度的扩散。通常情况下，降低温度可以达到这一目的，但要应用在介子束上，普通的冷却方法不行，理论上最可行的是电离冷却。

在文章实验中，作者使用英国卢瑟福阿普尔顿实验室的ISIS质子束加速器德,成功产生的次级粒子。随后这些粒子衰变到μ介子,被定向到一个由聚焦磁铁、介子束仪器和由氢化锂或液体氢充当能量吸收介质的冷却机构组成的实验仪器中。

该实验已经可以测量每个通过实验装置的介子的输入、输出坐标和速度，换句话说，作者完全可以说他们已经实现了介子的电离冷却。

目前关于粒子物理的研究方向有很多，但如果物理学家能够学会如何冷却和控制介子束，那么介子对撞机显然将成为最有前景的一个。

参考文献：

[1] https://www.nature.com/articles/s41586-020-1958-9