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中科院发布世界最大粒子对撞机蓝图,造价约欧洲一半

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发表于 2018-12-4 10:07:23 | 显示全部楼层 |阅读模式
  来源:Nature自然科研
  主导这一项目的物理学家王贻芳向《自然》介绍了这一宏伟目标的最新进展。
  位于北京的中国科学院高能物理研究所(IHEP)里,物理学家们正在设计世界上最大的“粒子对撞机”。如果建成,这个周长达100公里的装置将使瑞士日内瓦欧洲核子研究中心(CERN)的27公里大型强子对撞机(LHC)相形见绌,而且造价只有其一半左右。


王贻芳为中国科学院高能物理研究所所长。
 
  这项耗资300亿元(约43亿美元)的大科学装置名为环形正负电子对撞机(CEPC),是高能物理研究所所长王贻芳的心血结晶。自从2012年在大型强子对撞机上发现名为希格斯玻色子的基本粒子以来,王贻芳一直在主导推进该项目开展。
  CEPC将通过撞击电子及其对应反物质正电子来产生希格斯玻色子。由于它们都是基本粒子,所以它们的碰撞结果比大型强子对撞机的质子-质子碰撞结果更干净,也更容易破译。一旦这一装置在2030年左右开放使用,物理学家就能在更精确的水平上研究这一神秘粒子及其衰变。
  两周前,高能物理研究所发布了具有里程碑意义的报告,对该对撞机的建造蓝图进行了规划。初期研发经费主要来自中国政府,但设计工作由全世界的物理学家合作完成,团队希望能从全球范围内获得资助。(该项目另一个筹划已久的竞争对手——“希格斯工厂”国际直线对撞机(International Linear Collider)的研究人员希望在今年年底前知悉日本方面是否愿意资助和托管这一工程。)
  设计蓝图显示,中国的对撞机将在地下100米处的一个“大圈”中运行,并安装两个探测器,但具体位置尚待确定。在其十年设计寿命结束时,正负电子对撞机可以升级为质子对撞机,设计运行能量将达到LHC峰值能量的七倍之多。在报告发布之前,《自然》就此项目专访了王教授。
  01:经过长达6年的设计工作,国际专家组认为该对撞机已准备就绪。可能最早于2022年开建。请问该项目最近有什么动向?
  我们目前正致力于技术研发。从来没有人建造过这么大型的机器,所以我们希望能最大限度地降低造价。它的技术规格与过去世界上的任何机器都不同,我们必须证明它的可行性。
  02:两年前,该对撞机的国际顾问委员会称该项目缺乏国际参与。请问,在国际合作方面有什么进展吗?
  并没有显著改变,主要因为该项目的国际参与度仍然受到各国际合作方财务承担意愿的制约。他们都很感兴趣,但他们需要得到资助机构的背书。他们正在等待中国政府表态是否愿意提供经费支持,而这一决定又取决于最终研发成果。
  欧洲核子研究中心正在商讨一项新的欧洲粒子物理战略计划,我们希望CEPC这一次能被纳入该计划。同时,美国也将开始类似的立项过程,约在明年或2020年。我们希望中国对撞机项目可以同时纳入这两个计划。
  03:2030年开始运行的中国对撞机将与欧洲核子研究中心计划建立的LHC的后继者展开直接竞争。你认为有必要建造一个以上的巨型对撞机吗?
  现在称其为竞争还为时过早。我认为有不同的提议并充分衡量每项提议的利弊是件好事。我们可以比较哪个提议的可行性更好,并让整个团体共同决定。
  04:您认为国际社会会承认中国是世界高能物理学的研究中心吗?我们知道中国的互联网并非完全自由开放,而且政府监管力度很大。
  成为这样的中心有助于中国实现进一步国际化,对世界更加开放,同时为整个科研共同体注入更多资源。人们一开始可能觉得与瑞士相比在中国做科研并不方便。但我们希望巨型对撞机落户中国会成为一件好事,至少对中国人来说是这样。
  此外,我不认为我们将是世界唯一的中心。历史上一直有许多粒子物理研究中心,虽然如今的中心数量一直在减少。但我真心希望我们不会是唯一的中心。如果一个领域没有竞争,那么这个领域会最终走向消亡。
  05:目前,中国正在经历一个加速器的繁荣发展期。请和我们分享一些这方面的计划。
  位于东莞的中国散裂中子源已经投入运行,虽然规模不大但整体精良。高能物理研究所还计划在北京怀柔建造一个周长为1.4公里的光源,耗资48亿元。这将是一种环形电子加速器,可以产生同步辐射,即极高强度的X射线。
  这些装置几乎对所有研究学科都很有用,包括材料科学、化学、生物学、环境科学、地质学和医学。我们相信政府会在明年初之前对该项目做最后批准,随即就能动土建造。我们相信它将是一台世界领先的机器。大多数光源是从现有机器升级而来,因此它们的功能有限。但是新光源没有限制,可以使用最好的配置和技术。
  06:你们的研究所还计划将一个能测量“宇宙射线”的高能粒子探测器放入中国的载人空间站上,中国载人空间站据悉将于2020年建造完成。这个探测器将起到什么作用以及如何改进现有实验?
  我们想知道宇宙射线来自哪里,以及它们如何获得如此高的能量。找到这些问题的答案有助于我们更好地理解宇宙。我们还想用它来搜索新的粒子,例如暗物质,这些粒子尚无法由地球上的加速器产生。目前,研究这一问题的最佳实验仪器之一是国际空间站上的阿尔法磁谱仪(AMS),但它尚未发现证明暗物质存在的确凿证据。这意味着我们需要进行能够检测更多粒子和更高能量的实验。
  高能宇宙辐射探测实验(High Energy Cosmic Radiation Detection experiment)将能研究能量为AMS十倍左右的粒子,并以更高的分辨率测量这些能量。我们已经差不多完成了设计工作,现在正努力得到中国政府的支持。这个探测器耗资约在2-3亿美元之间,现已列入未来中国空间站的候选项目。等待是必然的,但我很乐观。
  07:您认为中国的高水平科学经费还能继续吗?
  中国政府当然很乐意支持科学研究。他们希望投入的每一分钱都是值得的,但有时候我们高能物理学会让他们失望,因为我们无法产生立竿见影的结果。
  08:美中之间的政治局势是否会影响两国科学家之间的关系?
  最近时局确实有些紧张。如果我们在中国组织一次会议,美国大学的人可以自由前来参会,但美国国家实验室的工作人员却表示他们无法获得许可。另一方面,中国科学家也很难获得美国实验室的邀请信。我真心希望这只是暂时的,希望国家政要能认识到科学交流和合作是互惠互利的。
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