石破天驚！美國要建μ子對撞機？科學和技術大都還不存在！-科學-漫步新聞-陪你看看

如果要你選一件人類歷史上最令人咋舌，看似最不可能做到但卻成功做到了的壯舉，你會選什麼？很多人可能會選擇登月，爲什麼？因爲還有很多人仍不相信已經登月。而現在，另一個看似不可能做到，堪比登月的壯舉正在悄悄醞釀，這就是看似沒有任何可能的μ子對撞機。是的，你沒有聽錯，科學家們已不再滿足於在太空留下腳印，而是要到粒子世界裏去掀起風雲！

爲什麼μ子對撞機看似不可能呢？很簡單，μ子是一種類似電子，帶負電的基本粒子，它的壽命只有2.2微秒，這意味着即使以光速奔跑，它也只能跑上660米就會“心肌梗塞”，一命嗚呼，怎麼在數十公里的隧道里加速對撞呢？所以這就是爲什麼建μ子對撞機堪比登月了，科學家們需要把不可能變成可能。

那爲什麼要建μ子對撞機呢？《三體》裏物理學不存在了，因爲智子鎖死了地球科技，怎麼鎖死的呢？干擾粒子對撞機，讓人類無法進行基礎科學研究。所以建μ子對撞機還需要理由嗎？

當然需要！現在的對撞機主要是電子對撞或質子對撞，歐洲核子研究中心(CERN)2012年發現上帝粒子希格斯玻色子後，準備建一條比現在長3倍，90公里的環形隧道，先進行電子和正電子的碰撞，以“量產”希格斯玻色子進行研究。然後再改造成100TeV的質子對撞機，以尋找新的物理學，但時間已排到2070年了。

然而這裏有一道邁不過去的“坎”，在環形加速器中帶電粒子會因曲線運動而發射同步輻射，這就是軔致輻射或剎車輻射，這會導致能量的不斷損失，這種損失與粒子能量的四次方成正比，質量的四次方成反比，這意味着質量越小的粒子損失越大，所以電子-正電子對撞能量無法超過1TeV，而質子-質子對撞的上限也只有100TeV。

這就像汽車在1000米的直道上行駛，很容易就加速到200公里/小時，但你要在1000米的環形跑道上行駛，由於汽車需要克服離心力，你不得不頻繁剎車損失能量，所以可能就只能加速到100多公里/小時了。

然後就是建造90公里的環形對撞機，成本可能達到驚人的300億美元，而質子對撞能量要高於100TeV，可能還需要更強大的技術，比如更強的超級磁鐵和更先進的超導技術，所以歐洲到現在都還沒有完全敲定。

而μ子，簡直就是上帝專門派來打發電子去打醬油的。它的性質和電子相似，只是重了206倍，介於電子和質子之間，所以它又叫μ介子。你可以簡單地把它看成是一個“肥胖版”的電子，由於比電子重206倍，它在環形加速器中損失的軔致輻射會少206的四次方，也就是18億倍，這意味着在小得多的環形加速器內，就可以加速到同樣的能量。

據估計，一臺10TeV的μ子對撞機，就可以達成和100TeV質子對撞機相同的科學，而它只需要和費米實驗室一樣長的隧道，也就是6.3公里，遠遠低於歐洲90公里的未來圓形對撞機。另一個關鍵就是，μ子是基本粒子，這意味着它們的碰撞比質子等複合粒子的碰撞更“乾淨”，結果更容易分析。

還有就是μ子質量比電子大得多，與希格斯玻色子之間的耦合更強，再加上更高的能量，μ子對撞機因而能更高效地產生希格斯玻色子，而且碰撞更“乾淨”，背景噪聲更低，更容易識別希格斯玻色子的信號，因而是研究希格斯玻色子的強大工具。而希格斯玻色子，所謂的上帝粒子，那可是科學家們夢寐以求的研究對象，因爲它可以幫助我們揭開，質量究竟是如何而來這一宇宙終極問題的答案，提供我們宇宙如何運作的深刻見解。最後就是μ子對撞機耗能更低，建設成本更便宜。

所以你看，μ子對撞機如此完美，不建簡直是天理不容，對不起列祖列宗啊。然而正如我們開頭所說，建造μ子對撞機可能比登月還難，目前還沒有強有力的科學支持，也沒人知道究竟能不能成功。因爲在2.2 微秒，μ子生命短暫的“有生之秒”內，你需要從質子加速器捕獲它們，冷卻、加速並完成整個碰撞過程。就像一眨眼的時間，你就得從出生開始，完成上學、結婚、生子、衰老、死亡的整個過程，這不是強“μ子”所難嗎？做不到，怎麼都做不到！

國際μ子對撞機合作組織研究負責人丹尼爾·舒爾特感嘆地說，要是μ子壽命再長一點，直接就可以開建了，哪還用得着這麼糾結。他認爲最大的挑戰之一，就是開發新的高溫超導磁體，一旦質子碰撞產生μ子，就需要馬上冷卻減速成可用的μ子束，然後用快速循環的高速磁體，對μ子束進行有效加速，同時保持對μ子束的精確控制。而這需要的磁體開發、加速技術、光束聚焦等技術，目前大多數都還不存在，或處於起步階段。

看起來真的是希望渺茫，此生無望！不過我有一個好消息，目前μ子的唯一天然來源，是宇宙射線衝進地球大氣層，高能質子撞擊分子產生π介子，π介子壽命更短，衝刺7.8米後就會搖身一變，衰變成μ子。現在讓你瞠目結舌的事情來了，科學家們的觀察發現，大多數的μ子是在15公里高空產生的，而這些μ子竟然能衝到地面，甚至數百米深的礦井中，說好的只能跑660米呢？這15公里即使光速來跑，也要50微秒啊，μ子是怎麼做到下定決心，不怕犧牲，屏住呼吸，堅決不嚥氣的呢？

經常看我頻道的朋友可能早就明白了，這是愛因斯坦相對論效應的經典案例，當μ子以接近光速運動時，由於時間膨脹，雖然它自己感覺2.2微秒後就要說再見了，但作爲地球上觀察者的我們，卻發現它時間膨脹，被拉長超過了50微秒，因而能夠飛行更遠的距離，理論上它的能量越大，我們看到它存活的時間就越長。

這就給我們帶來了無限遐想，原來宇宙自個兒在幫我們尋找解決辦法，我用GPT4算了一下，如果我們能把μ子加速到10TeV，它的壽命將達到208毫秒，也就0.2秒，這足夠科學家們進行一系列複雜的操作了嗎？

我還不太清楚，不過美國20年前就成立了一個粒子物理項目優先小組 (P5)，專門評估大中型物理研究項目，每10年召開一次會議，提出未來10年美國對粒子物理研究的投資計劃。在去年12月的報告中，他們提出一個重磅建議，下一個10年美國應該啓動μ子對撞機，首先是將技術發展到原理證明的程度，並最終在美國本土建造一座全尺寸的μ子對撞機。

“雖然我們不知道μ子對撞機最終是不是可行”，但這符合美國主辦大型國際對撞機設施的雄心，讓美國能夠領導全球努力瞭解宇宙的基本性質，這就是新時代的“μ子發射”。我估計這意思是和登月相比，登月是發射火箭到太空，μ子對撞機是發射粒子到量子世界，真的是上窮碧落下黃泉啊。