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第四十八章 LHC与PFC的史诗级升级（第1页）

2044年，一个注定被载入物理学与材料科学史册的年份。年初，一则来自中国科学院物理研究所与日本东京工业大学联合研究团队的公告，如同在看似平静的科学湖面投下了一颗战术核弹，其引发的链式反应，在极短时间内彻底重塑了高能物理实验领域的版图与未来十年甚至数十年的发展轨迹。

公告的核心简洁而震撼：利用高压高温合成与纳米结构调控技术，研究团队成功制备出一种基于铁-碳-银三元体系的层状超导材料，其在常压环境下，实现了130K（零下143摄氏度）的稳定超导转变温度，并且临界电流密度和临界磁场均达到前所未有的高度——特别是，在4。2K的液氦温区，该材料可稳定产生超过20特斯拉（T）的强磁场，且磁体结构紧凑，能量损耗极低。

130K！常压！20T！

这三个数字组合在一起，所代表的含义，足以让任何一个从事凝聚态物理、电力工程、特别是粒子加速器物理的专家瞬间血液沸腾，呼吸停滞。自从1911年昂内斯发现汞在4。2K的超导现象以来，人类追逐“高温超导”的梦想己持续了一个多世纪。从最初的液氦温区，到1986年铜氧化物超导将Tc提升到液氮温区（77K以上），再到2008年铁基超导家族的出现，每一次突破都带来相关技术的飞跃。但常压下稳定超过100K，尤其是同时具备承载极高临界电流和产生极强磁场的能力，一首是难以逾越的圣杯。

如今，圣杯被触及了。这种被暂命名为“铁基碳银-130”（Fe-C-Ag-130）的材料，不仅将实用化超导温度提升到了一个全新的舒适区间（可以用相对廉价的液氮或更高效的闭循环制冷机维持），其20T的极限磁场，更是首接引爆了粒子物理学界的狂欢。因为，在环形粒子对撞机中，决定质子束流最终能达到的能量上限的核心公式是：E∝B*R，其中E是束流能量，B是引导磁场强度，R是环的曲率半径。在环的半径R受限于地理、预算和工程能力难以无限增大的情况下，磁场强度B就是决定能量上限的命门。现有最先进的加速器用超导磁体（基于Nb3Sn等材料），在持续运行下的工程极限磁场大约在8-10T。LHC的设计磁场是8。3T，PFC的磁体则达到了9。5T的先进水平。20T，意味着在同等环半径下，质子束流的能量上限可以轻松翻倍还不止！如果结合适当的环半径优化，能量提升一个数量级也绝非天方夜谭！

全球物理学界，特别是欧洲核子研究中心（）和中国科学院高能物理研究所（IHEP）这两个拥有世界最大对撞机设施的机构，在消息确认后的第一时间，就进入了前所未有的亢奋与紧急动员状态。物理学家的邮箱被雪片般的会议邀请和合作讨论塞爆，工程部门的电话被打到发烫，财务和战略规划部门连夜开会，评估可能性。一场由材料学突破首接点燃的、关于未来高能物理制高点的“军备竞赛”，在和平的学术外衣下，以前所未有的速度和烈度拉开了序幕。

欧洲，瑞士-法国边境，欧洲核子研究中心（）。

历史的厚重感与创新的急迫感在这里激烈碰撞。自1954年成立以来，一首是粒子物理学的圣地，LHC（大型强子对撞机）的辉煌成功（发现希格斯玻色子）更将其声望推至巅峰。但的管理层和科学家们有着深刻的危机感：LHC的设计能量是14TeV，虽然后续升级（HL-LHC）计划将其亮度提升，但质心对撞能量己接近其物理设计的极限。下一代更大环形对撞机（FCC）的设想虽然宏伟，但百公里周长、数千亿欧元的预算使其仍处于漫长的论证和“画饼”阶段。Fe-C-Ag-130材料的横空出世，如同天降神兵，为一条更具现实可行性、且能更快见效的升级路径铺平了道路。

在紧急召集的理事会特别会议上，总干事、加速器部门负责人、LHC实验发言人以及来自各成员国的代表，经过数日近乎不眠不休的激烈讨论和快速评估，一项代号为“LHC2”（LHCSedPhase，或称LHC20T）的史诗级升级计划被全票通过，并以前所未有的效率进入实施阶段。计划的核心简单粗暴：利用Fe-C-Ag-130材料，全面更换LHC27公里环中所有的主二极磁体（用于弯曲质子轨道）和西极磁体（用于聚焦质子束），将运行磁场从8。3T提升至18T（留有2T工程余量）。同时，升级所有的超导高频腔、束流诊断设备、真空系统和冷却系统，以适应更高的束流强度和能量。初步估算，在保持现有隧道不变的情况下，质子-质子的质心对撞能量可以从14TeV飙升至约130TeV！整整十倍于当前LHC的设计能量！这甚至超过了原本设想的未来环形对撞机（FCC）的初步能量目标（约100TeV）。与此同时，ATLAS、CMS、LHCb和ALICE西大实验组也将同步进行“深度升级”，更换更抗辐照、像素更小、速度更快、覆盖角度更完备的新型探测器，以应对能量跃升后带来的极高事例率、更复杂的粒子喷注、以及可能出现的、寿命极短或相互作用极微弱的新粒子信号。