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环形正负电子对撞机完成概念设计

2018年11月14日 21:35   来源:经济日报-中国经济网   

  记者从今天召开的环形正负电子对撞机(CEPC)《概念设计报告》发布仪式上获悉:环形正负电子对撞机目前已完成概念设计,项目团队计划于2018—2022年间建成一系列关键部件原型机,验证技术和大规模工业加工的可行性。具体到时间表,预计“十四五”开始建设,2030年前竣工。

  环形正负电子对撞机是我国高能物理学家于2012年提出的一个大型国际科学项目。“加速器周长达到100公里,相比欧洲大型强子对撞机的前身LEP,亮度将提高1万倍,技术跟过去相比有很大提高。”中国科学院高能物理研究所所长王贻芳表示,对中国的高能物理来讲,这是一个绝佳的历史机遇。借助该科学装置可以进一步理解希格斯粒子的性质、宇宙早期演化、反物质丢失、寻找暗物质、真空稳定性等一系列未解的关键科学问题和寻找新的物理规律。

  2012年,位于欧洲的大型强子对撞机发现了对物理学标准模型至关重要的“上帝粒子”——希格斯粒子,开启了粒子物理学研究的新时代。根据报告, 环形正负电子对撞机初步实验计划是在质心能量240GeV(1GeV=10亿电子伏特)处运行7年来研究希格斯粒子,随后2年在91GeV 处运行,以用来研究 Z 玻色子和重味物理,另外计划一年时间在160GeV附近研究 W 玻色子物理。环形正负电子对撞机未来可能发展方向之一是升级为一个超级质子质子对撞机(SppC),在大范围内直接寻找新的物理现象和物理规律。

  据介绍,环形正负电子对撞机由两大部分组成,分别是加速器和探测器。加速器主要负责产生正负电子并加速,最终精确聚焦对撞、制造极端环境,产生具有科学研究价值物理事件,其主要组成部分是一个小型直线加速器,把正负电子的能量从零提升到10 GeV;随后是一个和对撞储存环同样长度的增强器,把正负电子的能量继续提高到研究所需的值,比如120、80或者45 GeV;能量达到研究所需后,就会送入两个储存环进行对撞,对撞机会采用连续注入的术,可以持续保持最高效的实验条件。探测器原则上可以有多台,相当于具有可以高速、高精度拍照的立体显微镜,由多种不同子探测器组成,用来记录带电和不带电的各种微观粒子;同时,该“照相显微镜”也会采用最新的软件技术,与最新的大数据、机器学习等发展紧密相关。

  环形正负电子对撞机机构委员 会主席、北京大学教授高原宁说,在为期十年的实验计划中, 环形正负电子对撞机将生产超过100万个希格斯粒子、一亿 W玻色子和近 1万亿 Z 玻色子。W和 Z 玻色子是弱相互作用力的媒介子,在 Z 玻色子的衰变中, 还将生产出数十亿的底层夸克、粲夸克和陶轻子,这对于已有30年历史的北京正负电子对撞机和北京谱仪的研究是一个跨越式的升级和的历史的自然延续。

  高原宁表示,《概念设计报告》的发布标志着项目组已完成了整个项目的加速器、探测器和土木工程的基本设计。下一步将重点关注CEPC关键技术和原型机的研发。

  报告发布仪式上,2017年诺贝尔物理学奖获得者、加州理工学院教授巴里·巴里什(Barry Barish,领导LIGO实验发现引力波)表示了祝贺,他说,“加速器的发展历史是实现越来越高的能量,并在过去几十年中一直都是众多粒子物理重大发现所依赖的核心工具,而CEPC将延续这一伟大传统。”

    (经济日报 记者:沈慧)

(责任编辑:王炬鹏)