中科院高能所：環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)料2030年前建成

國(guó)際高能物理學(xué)界高度關(guān)注的環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)（CEPC）又有了新進(jìn)展。兩卷本的CEPC《概念設(shè)計(jì)報(bào)告》11月14日在北京正式發(fā)布。中科院高能物理研究所所長(zhǎng)、CEPC指導(dǎo)委員會(huì)主席王貽芳院士透露，CEPC預(yù)計(jì)于“十四五”計(jì)劃時(shí)期開(kāi)始建設(shè)，并于2030年前竣工。

CEPC計(jì)劃是中國(guó)科學(xué)家于2012年提出的，旨在高能物理領(lǐng)域探索和理解希格斯粒子性質(zhì)、宇宙早期演化、反物質(zhì)丟失、尋找暗物質(zhì)、真空穩(wěn)定性等一系列未解的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題和尋找新的物理規(guī)律。

計(jì)劃提出后，CEPC研究工作組用了兩年多的時(shí)間研究，發(fā)布了CEPC的《初步概念設(shè)計(jì)報(bào)告》，通過(guò)了國(guó)際評(píng)審并獲得了積極評(píng)價(jià)。之后，CEPC的設(shè)計(jì)和預(yù)研究團(tuán)隊(duì)又經(jīng)過(guò)3年努力，正式完成了《概念設(shè)計(jì)報(bào)告》。

“在CEPC建設(shè)之前，必須以《概念設(shè)計(jì)報(bào)告》為基礎(chǔ)完成關(guān)鍵技術(shù)預(yù)研。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)計(jì)劃未來(lái)4年間建成一系列關(guān)鍵部件原型機(jī)，驗(yàn)證技術(shù)和大規(guī)模工業(yè)加工的可行性。”王貽芳說(shuō)。

根據(jù)最新消息，CEPC的選址，需要考慮地質(zhì)、造價(jià)、交通、環(huán)境及當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)等多種因素，目前秦皇島、深汕、黃陵、湖州、長(zhǎng)春等是CEPC幾個(gè)可能入選的地址。預(yù)估建設(shè)費(fèi)約需300億元左右。

新發(fā)布的CEPC《概念設(shè)計(jì)報(bào)告》內(nèi)容包含了全世界上千位科學(xué)家在過(guò)去6年中的研究成果。它分為“加速器卷”“探測(cè)器和物理卷”兩卷，分別闡述了加速器和探測(cè)器的可行性設(shè)計(jì)方案以及科學(xué)意義，同時(shí)也詳細(xì)評(píng)估了CEPC相對(duì)于歐洲核子研究中心大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)在科學(xué)上的優(yōu)勢(shì)。兩卷本的報(bào)告均得到國(guó)際權(quán)威專家的充分肯定。

中國(guó)科學(xué)家之所以在2012年提出建設(shè)CEPC，是因?yàn)槟且荒隁W洲核子研究中心的加速器（LHC）的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)同時(shí)觀測(cè)到了希格斯玻色子，其質(zhì)量比預(yù)期要小，只有約125 GeV。這一發(fā)現(xiàn)對(duì)下一代正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的發(fā)展具有關(guān)鍵指導(dǎo)意義——我們可以建造能量較低（只需要240GeV就可以）、實(shí)驗(yàn)環(huán)境更為干凈、性價(jià)比更高的正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)，大量產(chǎn)生希格斯粒子從而對(duì)其做系統(tǒng)研究，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)新的物理現(xiàn)象和物理規(guī)律。按照計(jì)劃，CEPC擬采用100公里周長(zhǎng)的對(duì)撞機(jī)環(huán)形隧道，至少會(huì)有兩臺(tái)探測(cè)器同時(shí)進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

據(jù)中科院高能所阮曼奇研究員介紹，CEPC將由加速器和探測(cè)器兩部分組成。加速器主要負(fù)責(zé)產(chǎn)生正負(fù)電子并加速，最終精確聚焦對(duì)撞、制造極端環(huán)境，產(chǎn)生具有科學(xué)研究?jī)r(jià)值的物理事件，它把正負(fù)電子的能量從零提升到10 GeV，并繼續(xù)提高到研究所需的值。然后，再把正負(fù)電子送入兩個(gè)儲(chǔ)存環(huán)進(jìn)行對(duì)撞。而探測(cè)器相當(dāng)于具有可以高速、高精度拍照的立體顯微鏡，用來(lái)記錄帶電和不帶電的各種微觀粒子；同時(shí)，該“照相顯微鏡”也會(huì)采用最新的軟件技術(shù)，與最新的大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)等發(fā)展緊密結(jié)合。

按照設(shè)想，在為期10年的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃中, CEPC將生產(chǎn)超過(guò)100萬(wàn)個(gè)希格斯玻色子、1億W玻色子和近1萬(wàn)億Z玻色子。W和Z 玻色子是弱相互作用力的媒介子。在Z玻色子的衰變中, 還將生產(chǎn)出數(shù)十億的底層夸克、粲夸克和陶輕子，這些有助于科學(xué)家在大范圍內(nèi)直接尋找新的物理現(xiàn)象和物理規(guī)律。