中科院高能所：環(huán)形正負電子對撞機料2030年前建成

國際高能物理學界高度關(guān)注的環(huán)形正負電子對撞機（CEPC）又有了新進展。兩卷本的CEPC《概念設(shè)計報告》11月14日在北京正式發(fā)布。中科院高能物理研究所所長、CEPC指導委員會主席王貽芳院士透露，CEPC預(yù)計于“十四五”計劃時期開始建設(shè)，并于2030年前竣工。

CEPC計劃是中國科學家于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)鍵科學問題和尋找新的物理規(guī)律。

計劃提出后，CEPC研究工作組用了兩年多的時間研究，發(fā)布了CEPC的《初步概念設(shè)計報告》，通過了國際評審并獲得了積極評價。之后，CEPC的設(shè)計和預(yù)研究團隊又經(jīng)過3年努力，正式完成了《概念設(shè)計報告》。

“在CEPC建設(shè)之前，必須以《概念設(shè)計報告》為基礎(chǔ)完成關(guān)鍵技術(shù)預(yù)研。項目團隊計劃未來4年間建成一系列關(guān)鍵部件原型機，驗證技術(shù)和大規(guī)模工業(yè)加工的可行性。”王貽芳說。

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

新發(fā)布的CEPC《概念設(shè)計報告》內(nèi)容包含了全世界上千位科學家在過去6年中的研究成果。它分為“加速器卷”“探測器和物理卷”兩卷，分別闡述了加速器和探測器的可行性設(shè)計方案以及科學意義，同時也詳細評估了CEPC相對于歐洲核子研究中心大型強子對撞機在科學上的優(yōu)勢。兩卷本的報告均得到國際權(quán)威專家的充分肯定。

中國科學家之所以在2012年提出建設(shè)CEPC，是因為那一年歐洲核子研究中心的加速器（LHC）的兩個實驗同時觀測到了希格斯玻色子，其質(zhì)量比預(yù)期要小，只有約125 GeV。這一發(fā)現(xiàn)對下一代正負電子對撞機的發(fā)展具有關(guān)鍵指導意義——我們可以建造能量較低（只需要240GeV就可以）、實驗環(huán)境更為干凈、性價比更高的正負電子對撞機，大量產(chǎn)生希格斯粒子從而對其做系統(tǒng)研究，進而發(fā)現(xiàn)新的物理現(xiàn)象和物理規(guī)律。按照計劃，CEPC擬采用100公里周長的對撞機環(huán)形隧道，至少會有兩臺探測器同時進行科學實驗。

據(jù)中科院高能所阮曼奇研究員介紹，CEPC將由加速器和探測器兩部分組成。加速器主要負責產(chǎn)生正負電子并加速，最終精確聚焦對撞、制造極端環(huán)境，產(chǎn)生具有科學研究價值的物理事件，它把正負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，再把正負電子送入兩個儲存環(huán)進行對撞。而探測器相當于具有可以高速、高精度拍照的立體顯微鏡，用來記錄帶電和不帶電的各種微觀粒子；同時，該“照相顯微鏡”也會采用最新的軟件技術(shù)，與最新的大數(shù)據(jù)、機器學習等發(fā)展緊密結(jié)合。

按照設(shè)想，在為期10年的實驗計劃中, CEPC將生產(chǎn)超過100萬個希格斯玻色子、1億W玻色子和近1萬億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，這些有助于科學家在大范圍內(nèi)直接尋找新的物理現(xiàn)象和物理規(guī)律。