@ 2014.07.25 , 10:35

中国计划建造超强对撞机

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在不久的未来,(传说中)中国的超强对撞机将会让CERN 27公里长的大型强子对撞机相形见绌

近几十年来,美国与欧洲在高能粒子对撞机领域都是独领风骚,但是来自国内的一项提议可能会将中国在不久之后放到世界粒子物理学的前沿。

北京中科院高能物理研究所(IHEP)里的科学家与国际合作伙伴正计划在2028年前建造“希格斯粒子工厂”——一条长度为52公里的地下环形隧道,对撞电子(electrons)与正电子(positrons)。上述基本粒子的对撞会帮助科学家在更高的精度上研究希格斯玻色子,而在瑞士日内瓦欧洲核子研究中心的大型强子对撞机则会相形见绌。

物理学家称这台预算30亿美元的对撞机所需要的技术目前已经在掌握中,并且该项目的规模和开销已经偏向保守。但中国也希望这个项目会是他们通往下一代超强质子-质子对撞机的垫脚石。

欧洲和美国对建造自己的超强对撞机也显示出浓厚的兴趣,但建造所需要做的研究会花费大量时间,所以最早在2035年他们才能建成自己的超强对撞机。中科院表示如果没有国际基金的援助他们也会独自跟进此项目,并在进度上追求“技术允许的最高速度”。

这个月在西班牙瓦伦西亚召开的国际高能物理学会议上,IHEP 的所长王贻芳说,为了获得政府的支持,中国希望在2035年之前就建成超强对撞机,因为“你不能要他们支持一个要20年之后才能看到成果的项目”。

电子正电子对撞机和欧洲的 LHC 可以互补。强子对撞机分量大,可以让质子(一种由三个夸克组成的强子)以高能量互相对撞,科学家们则能观察从这种对撞中会发生什么。能量更低的电子-正电子对撞机制造更加清晰的对撞,数据也更容易分析,因为这已经是基本粒子的对撞。中国的这台对撞机通过分析粒子间的相互作用,可以分析出希格斯粒子到底是一种简单的粒子还是一种更加独特的物质。这会帮助物理学家们理解,究竟希格斯粒子符不符合标准物理学粒子模型。

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中国计划在同一隧道里建造两种对撞机,一种为之前提到的电子-正电子对撞机,另一种是超级质子对撞机。根据计划,电子对撞机的对撞能量级将达到240GeV,质子对撞能量级为70TeV —— 欧洲的 LHC 质子对撞最大能量级仅有14Tev。

这台机器对中国而言将是一个巨大的飞跃,目前国内最长的对撞隧道只有240米。现在中国政府还没有承诺将对此项目进行资金援助,但根据目前中国经济的发展走势来看,建造超强对撞机的政治和经济环境都已成熟,虽然还有一些为解决的技术细节,但大问题没有。

国内的粒子物理学还有很长的路要走,国内该领域的研究者也不多,高能物理学的圈子很小。CERN 的粒子物理学家 Guido Tonelli 表示,如果项目在中国立项,那实现它必须要通过国际合作,“没有国家可以单独完成这件事”。

[keep_beating via Nature]


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