近期，BBC Sounds旗下《BBC Inside Science》节目主持人汤姆·惠普尔（Tom Whipple）深入瑞士日内瓦地下100米的欧洲核子研究中心（CERN）隧道，探访正在休眠中的大型强子对撞机（LHC）。据BBC Sounds报道，LHC已断电停机，开始为期数年的高亮度升级（High-Luminosity LHC），目标是将对撞亮度提升至原来的5至7倍。与此同时，学界关于下一代超级对撞机——未来圆形对撞机（FCC）的争论也再度升温，该项目预计耗资约140亿英镑（约合179亿美元），建成后周长将是LHC的3.4倍。路透社援引CERN内部文件证实，FCC的可行性研究报告已于2024年提交至成员国审议，但资金缺口和技术挑战依然巨大。
原配反击高亮度LHC升级：在粒子加速器上“动手术”
LHC自2008年运行以来，已发现希格斯玻色子等重大成果，但其峰值亮度已接近设计极限。高亮度LHC升级（HL-LHC）旨在通过改进聚焦磁铁和射频腔，使碰撞率提高5至7倍。项目副主管保罗·费西亚（Paulo Fessia）在隧道内向导览时表示：“我们正在为这台世界上最大的机器做一次‘心脏手术’。新的超导磁铁需要冷却到零下271.3摄氏度（1.9开尔文），比深空温度还低。”据CERN官方数据，HL-LHC预计在2029年重新启动，运行至2041年，届时可采集的数据量将是现有LHC的10倍以上。
深夜密会云与粒子：CERN的“跨界”气候实验
当LHC停机检修时，其部分基础设施被用于其他科学实验。在CERN一个巨大的地下厅中，云（CLOUD）实验正在模拟大气气溶胶的形成过程。项目运行协调员伊娃·佐默（Eva Sommer）解释说：“我们的实验舱内充满了超纯气体和微量污染物，通过精确控制温度和辐射，重现原始大气中云滴诞生的瞬间。”该实验已发表超过40篇论文，显示植物排放的萜烯类物质在宇宙射线作用下能显著加速气溶胶成核，这一发现被联合国气候变化专门委员会（IPCC）引用。安蒂·奥内拉（Antti Onnela）补充道：“当LHC休息时，我们利用它的冷却系统和电力基础设施，每年节省约200万瑞士法郎的运行成本。”
同回酒店未来圆形对撞机：140亿英镑的“粒子望远镜”
LHC的继任者——未来圆形对撞机（FCC）——计划在LHC退役前建成。FCC的隧道周长约91公里（为LHC的3.4倍），位于现有设施深部，深度约200米。项目发言人盖伊·威尔金森（Guy Wilkinson）表示：“FCC将能够直接产生数百万个希格斯玻色子，精度达到小数点后四位，从而检验标准模型是否完整。更重要的是，它可能发现暗物质粒子这种宇宙‘幽灵’。”但高昂的成本引发争议：140亿英镑的造价中，隧道开挖占35%，磁铁系统占40%，其余为探测器与运营费用。瑞士、法国等主要出资国尚未做出最终拨款决定。
被拍同框土壤再生：从隧道废渣到农业资源
CERN的新隧道开挖将产生约900万吨岩石废渣（相当于4座吉萨大金字塔）。在隧道上方的田地里，植物科学家克里斯蒂安娜·施陶丁格（Christiana Staudinger）正领导OpenSkyLab项目，尝试将这些花岗岩粉末与堆肥混合，制造人工土壤。她在实验室中对汤姆·惠普尔展示第一批收获的作物说：“我们用8周时间让石头变成能种菜的土壤，这个过程在自然界需要数百年。如果成功，我们不仅可以解决废渣问题，还能为沙漠地区提供‘即插即用’的土壤。”实验田目前种植了四种作物，包括生菜和番茄，产量已接近普通农田的70%。
事件时间表：CERN重大升级与未来规划
| 年份 | 事件 | 关键数据/备注 |
|---|
| --- | --- | --- |
|---|
| 2008年9月 | LHC首次质子束对撞成功 | 周长27公里，隧道深度100米 |
|---|
| 2012年7月 | 发现希格斯玻色子 | 质量约125 GeV/c² |
|---|
| 2018年12月 | LHC二期运行结束，开始长停机 | 累计收集300 fb⁻¹数据 |
|---|
| 2024年3月 | HL-LHC升级核心部件安装启动 | 目标亮度提升至7.5×10³⁴ cm⁻²s⁻¹ |
|---|
| 2029年（预计） | HL-LHC重新投运 | 预计运行至2041年 |
|---|
| 2040年（规划） | FCC第一阶段（电子-正电子对撞机）启动 | 周长91公里，造价140亿英镑 |
|---|
| 2060年（规划） | FCC第二阶段（质子-质子对撞机）启动 | 能量达100 TeV（LHC的7倍） |
|---|
粒子物理学的十字路口：科学回报与公共投资
BBC Sounds的报道特别关注了FCC的资金争论。支持者认为，每1美元投入可带来约3美元的衍生技术回报（如超导磁体、医疗成像）。但反对派指出，各国政府面临气候、医疗等更紧迫的预算需求。欧洲物理学会的一份报告显示，过去10年欧洲粒子物理研究经费仅增长0.5%，而FCC需要成员国将年度预算提高30%。威尔金森在节目中强调：“FCC不是奢侈品，而是唯一能回答‘除了希格斯粒子还有什么’这一根本问题的工具。如果我们现在不开始建设，下一代物理学家将失去探索窗口。”
FAQ
Q1：高亮度LHC升级的主要目的和挑战是什么？
A1： 高亮度LHC升级（HL-LHC）旨在将质子对撞的亮度提升至原LHC的5至7倍，使科学家能在更短时间内收集更多数据，以发现稀有粒子和精确测量希格斯玻色子特性。挑战包括：制造并安装约130根新型超导磁铁（其中部分采用铌锡导体技术）、升级射频系统，以及确保在2029年按期重启。地下隧道施工需在现有设施旁开凿宽度达6米的新坑道，全部工程预算约10亿欧元。
Q2：未来圆形对撞机（FCC）何时建设？与LHC相比有何优势？
A2： FCC规划分为两个阶段：第一阶段是电子-正电子对撞机（FCC-ee，约2040年启动），用于精确研究希格斯玻色子和电弱相互作用；第二阶段是质子-质子对撞机（FCC-hh，约2060年启动），能量可达100 TeV（LHC的7倍），有望直接探测暗物质。FCC的隧道周长91公里，位于地下200米深处，其造价约140亿英镑（约179亿美元）。与LHC相比，FCC的能量和亮度大幅提升，可产生更多希格斯玻色子，精度达到千分之一以上。
总结与展望
从LHC的地下隧道到上方的土壤实验田，CERN正站在粒子物理学与交叉学科创新的十字路口。大型强子对撞机升级不仅关乎基础科学的突破，也推动超导、制冷、数据处理等技术的进步。未来圆形对撞机的命运将取决于成员国在2026年之前能否达成资金协议。无论结果如何，人类对微观世界规律的追问不会停止——正如CERN门口雕塑所示：“探索宇宙也意味着探索我们自己。”
