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11月14日下午,大型环形正负电子对撞机研究工作组正式发布了CEPC的《概念设计报告》。

CEPC《概念设计报告》发布 环形正负电子对撞机预计2030年前建成

欧洲核子研究中心科学家2012年7月4日宣布,他们在寻找“上帝粒子”希格斯玻色子的过程中发现一种新粒子,其特性与科学家们探寻多年的希格斯玻色子相一致。
新华社发

2012年,中国高能物理学家提出 CEPC
计划。由于身材庞大,CEPC被很多人称为“超级对撞机”。同时,因为耗资巨大,它也曾多次掀起物理学界争议。

国际高能物理学界高度关注的环形正负电子对撞机又有了新进展。两卷本的CEPC《概念设计报告》11月14日在北京正式发布。中科院高能物理研究所所长、CEPC指导委员会主席王贻芳院士透露,CEPC预计于“十四五”计划时期开始建设,并于2030年前竣工。

参考消息网4月1日报道
港媒称,在物理学界7年前证实了一种基本粒子的存在之后,科学家们开始把目光聚焦于一项建造希格斯玻色子工厂的计划。而来自中国的团队在世界范围内首次公布了这项计划的详细概念设计方案。

项目的支持者认为,超级对撞机将使中国成为世界物理学研究中心,并促进工业技术发展;反对者认为这台对撞机将成为耗资巨大的无底洞,性价比不高。

CEPC计划是中国科学家于2012年提出的,旨在高能物理领域探索和理解希格斯粒子性质、宇宙早期演化、反物质丢失、寻找暗物质、真空稳定性等一系列未解的关键科学问题和寻找新的物理规律。

据香港《南华早报》网站3月30日报道,7年前发生在法国和瑞士边境的一系列碰撞实验证实了一种基本粒子的存在,这在中国物理学家王贻芳的心里引发了连锁反应。

“最早出现争议的时候,我们的争议还没有一个明确的对象,现在《概念设计报告》出来了,这为将来的讨论提供了基础,我们希望未来关于CEPC的决策可以立足科学问题。”CEPC机构委员会主席高原宁在接受《中国科学报》记者采访时说。

金沙澳门官网jin5888 ,计划提出后,CEPC研究工作组用了两年多的时间研究,发布了CEPC的《初步概念设计报告》,通过了国际评审并获得了积极评价。之后,CEPC的设计和预研究团队又经过3年努力,正式完成了《概念设计报告》。

大型强子对撞机(由欧洲核子研究中心运行的价值上百亿美元的大型机器)中的亚原子撞击实验已证实,难以捉摸的希格斯玻色子是存在的。

在争议中推进的“希格斯工厂”

“在CEPC建设之前,必须以《概念设计报告》为基础完成关键技术预研。项目团队计划未来4年间建成一系列关键部件原型机,验证技术和大规模工业加工的可行性。”王贻芳说。

对“上帝粒子”的证实解决了可追溯至几代人的许多基本科学争论,并完成了数千名研究人员历时几十年的工作。

2012年7月4日,在欧洲核子研究中心的加速器大型强子对撞机上工作的超环面仪器和紧凑缪子线圈两个实验同时观测到了希格斯粒子。

根据最新消息,CEPC的选址,需要考虑地质、造价、交通、环境及当地经济等多种因素,目前秦皇岛、深汕、黄陵、湖州、长春等是CEPC几个可能入选的地址。预估建设费约需300亿元左右。

但对于中国科学院高能物理研究所所长王贻芳来说,这只是一个新的开始。

希格斯粒子又被称为“上帝粒子”,因为它将质量赋予了已知的所有基本粒子。然而,依据现有的粒子物理标准模型,人类还无法计算或预言希格斯粒子本身的质量。

新发布的CEPC《概念设计报告》内容包含了全世界上千位科学家在过去6年中的研究成果。它分为“加速器卷”“探测器和物理卷”两卷,分别阐述了加速器和探测器的可行性设计方案以及科学意义,同时也详细评估了CEPC相对于欧洲核子研究中心大型强子对撞机在科学上的优势。两卷本的报告均得到国际权威专家的充分肯定。

他说:“在过去300年里,科学取得了极大的进步,因为人们研究了分子。然后研究了原子、原子核,接下来是粒子、轻子和夸克……很难想象会就此止步。”

在观测到希格斯粒子之前,人们一直以为需要将两个粒子的能量提升到很高才能对撞出希格斯粒子,但是,2012年的那两个实验让人们意识到,观测到希格斯粒子所需要的能量比预期要小,只有约1250亿电子伏特。

中国科学家之所以在2012年提出建设CEPC,是因为那一年欧洲核子研究中心的加速器的两个实验同时观测到了希格斯玻色子,其质量比预期要小,只有约125
GeV。这一发现对下一代正负电子对撞机的发展具有关键指导意义——我们可以建造能量较低(只需要240GeV就可以)、实验环境更为干净、性价比更高的正负电子对撞机,大量产生希格斯粒子从而对其做系统研究,进而发现新的物理现象和物理规律。按照计划,CEPC拟采用100公里周长的对撞机环形隧道,至少会有两台探测器同时进行科学实验。

在王贻芳看来,下一步是要开发出下一代粒子对撞机,一座可以大量产生希格斯玻色子的工厂。他希望中国能够建造。

于是,下一代正负电子对撞机发展的新思路诞生了——可以建造能量较低、实验环境更为干净、性价比更高的正负电子对撞机,大量产生希格斯粒子,形成“希格斯工厂”,进而对希格斯粒子进行系统研究,并发现新的物理现象和物理规律。

据中科院高能所阮曼奇研究员介绍,CEPC将由加速器和探测器两部分组成。加速器主要负责产生正负电子并加速,最终精确聚焦对撞、制造极端环境,产生具有科学研究价值的物理事件,它把正负电子的能量从零提升到10
GeV,并继续提高到研究所需的值。然后,再把正负电子送入两个储存环进行对撞。而探测器相当于具有可以高速、高精度拍照的立体显微镜,用来记录带电和不带电的各种微观粒子;同时,该“照相显微镜”也会采用最新的软件技术,与最新的大数据、机器学习等发展紧密结合。

需要更多“上帝粒子”

当全世界为观测到希格斯粒子欢呼时,2012年,中国高能物理学家提出了CEPC计划,并启动了该项目的预研,团队用两年多时间发布了《初步概念设计报告》。

按照设想,在为期10年的实验计划中,
CEPC将生产超过100万个希格斯玻色子、1亿W玻色子和近1万亿Z玻色子。W和Z
玻色子是弱相互作用力的媒介子。在Z玻色子的衰变中,
还将生产出数十亿的底层夸克、粲夸克和陶轻子,这些有助于科学家在大范围内直接寻找新的物理现象和物理规律。

坐落于日内瓦附近的耗资130亿美元的大型强子对撞机是世界上最大的机器。它周长约27公里,100多个国家花费了30年时间才将它建成。它能以接近光速的速度发射质子,并让它们相互碰撞,以帮助科学家了解宇宙的原理。

然而,就在《初步概念设计报告》发布后不久,CEPC引发了物理学界的广泛争议。诺奖得主杨振宁的《中国今天不宜建造超大对撞机》将争议引向高潮。

(科技日报北京11月14日电)

参与确认希格斯粒子实验的美国杜克大学物理学家詹姆斯·比彻姆说,大型强子对撞机就像一把“锤子”。

杨振宁认为造巨型对撞机是“进无底洞”;建造花费巨大,将会影响其他基础科学的发展;高能物理要发展不一定要靠造巨型对撞机,也有不费钱且符合世界经济发展趋势的途径等。

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