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中国拟筹建超级对撞机  

2014-07-25 16:08:10|  分类: 每日科学新闻 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文来自“科学美国人”中文版《环球科学》http://www.huanqiukexue.com/html/newqqkj/newwl/2014/0725/24664.html

筹建两台大型加速器的提案,会让中国成为对撞机领域的中心。

  

 

欧洲核子研究组织(CERN)大型强子对撞机(LHC)长27公里,居世界第一。但这个记录也许会被中国超越,目前中国正在筹建一个规模更大的同类设备,建成后将成为世界最大的粒子对撞机。

 

提到高能粒子对撞机,几十年来欧美国家一直走在前列。而目前中国正蓄势以待,一项提议已将这个国家推到粒子物理学的风口浪尖。

 

北京高能物理研究所的科学家们正在与国际合作伙伴一道,计划于2028年前建成一条52公里长的地下环道,用于对撞正负电子,名为“希格斯工厂”。这些基本粒子的对撞实验将使得希格斯玻色子的研究精度高出一筹,这是相对于CREN粒子物理实验室的大型强子对撞机(LHC)而言,该实验室位于瑞士日内瓦附近。

 

物理学家称,对于这台正在提议阶段的30亿美元的对撞机,相关技术已经基本掌握,并被认为在能力和开支上均有所保留。但中国方面希望它将能成为下一代对撞机——超级质子对撞机的一块铺路石,因为两者将共用隧道。

 

欧、美团队均有建造各自的超级对撞机的意向(见 Nature 503, 177; 2013),但是在建造这一设备之前需要开展大量的研究工作,这意味着最早也要等到2035年才能建成。在这期间,中国方面希望独立建造正负电子对撞机(unaided by international funding if needs be?),并在超级质子对撞机的技术层面尽快跟进。由于(目前全世界)仅可能建造一个超级对撞机,因此中国的推动将使该项目稳居领先地位。

 

本月,在西班牙巴伦西亚市召开的高能物理国际会议上,IHEP(Institute for High Energy Physics)中国高能物理研究所所长王贻芳说,为取得政府支持,中国方面希望设立一个更迫切的目标,而不是2035年的超级对撞机。“你总不能(和政府)仅仅探讨一个20年之后的项目,”他这样说道。

 

正负电子对撞机和强子对撞机(如LHC)两者可以互为补充。强子对撞机用于对撞高能质子(一种强子,由3个被称为夸克的基本粒子所组成),并观测会出现什么。由于低能量级的正负电子对撞机对撞的是基本粒子,因此能产生清晰的碰撞过程,便于分析。通过详细检测希格斯玻色子与其他粒子的相互作用,中国拟建的对撞机应该能够检测出希格斯玻色子是否为一种简单粒子,或是某种异类。这样,物理学家就可以确定希格斯玻色子是否像粒子物理的标准模型所预测的那样,或者,是否存在多种类型的希格斯玻色子。

 
 
超级对撞机对于中国而言是个飞跃。中国目前最大的对撞机环长仅240米。十年前,中国的粒子物理学家还在怀疑他们是否有能力主持建造52公里长的对撞机,英国牛津大学的一位实验物理学家Ian Shipsey 这样说道。但在几轮成功的对撞机和中微子实验(包括在2012年展示中微子如何从一种形式变化到另一种形式)之后,现在中国终于“第一次有信心提议筹建一台野心勃勃的新对撞机,”shipsey说。
 
中国政府至今还未同意进行任何形式的资助,但经济上增长的信心让中国的科学家们相信,目前政治时机是成熟的,德国汉堡的高能物理实验室的一位加速器物理学家Nick Walker说道。尽管仍然存在一些技术问题,例如降低an energy-hungry ring的功率需求问题,但这些都不是主要的,他补充道。
 
但中国在控制对撞机方面仍有很长一段路要走。主要的劣势在于中国的高能物理协会规模很小,粒子物理学家Guido Tonelli(他曾是在CERN开展的两项主要实验中其中一项的负责人)说。如果中国最终去主持建造一台超级对撞机,那这项工程必定是国际性的,他说,“没有哪个国家能独立完成。”
 
王贻芳说,中国欢迎国际方面对这一工程的资助,如果有大量的支持,环道可以扩建至80公里长,(对撞机的)科研能力将随之增强。但他补充说,在开工之前,中国将不会坐等合作伙伴,接下来的两年时间里,将进行草图设计,确定需要用什么来攻克技术难题。在此之后是详细设计、调试、选址等,短短五年之内就可以动工,王补充道。
 
然而实际上,因为仅仅造一台超级对撞机,shipsey说,“全世界将必须并肩工作,将它安置在最佳之处,让它尽早屹立起来。他相信,在随后的五年间,中国方面的计划将使得中、美、欧之间形成良性竞争,让后起之秀的机会得到最大化。
 
最后有一点纠结的地方。目前国际直线对撞机(ILC)计划正在进行中,它是一台正负电子直线加速器,运行时的能量远高于中国的52公里环形加速器。物理学家们力挺该项目,但它至今尚未取得资助,也未确定由哪个国家来主持,Brian Foster(他领导欧洲的ILC设计小组)说,他担心中国的计划会使ILC项目的支持减少。
 
日本对ILC项目兴趣浓厚,但没有被它“套牢”,Foster说。他希望中国可以参与进来,此外他表示,由于ILC的能量范围比环形对撞机更宽,因此可应用直线加速器开展除了希格斯玻色子研究之外的更多课题:探索其他所知甚少的粒子,例如顶夸克,以及IHC可能发现的其他现象。(撰文:伊丽莎白?吉布尼(Elizabeth Gibney)  翻译:吴东远)
 
 
原文链接:
http://www.nature.com/news/china-plans-super-collider-1.15603#auth-1
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