澳门蒲京堵场网址2019环形正负电子对撞机国际研讨会在高能所实行

2019环形正负电子对撞机(CEPC)国际研讨会在中科院高能所召开。这是由中国发起的大型科学装置“高能环形正负电子对撞机”主题国际研讨会,且是第三次在中国举行,研讨会由高能所主办。  本次参研讨会人员约360人,其中约105人来自欧美的研究机构、大学,本次大会亮点之一是有来自国内企业的
64 位代表参加了 CEPC 企业共进会(CIPC)
的特别会场,数量较上一届明显增加。企业代表的积极参与可为 CEPC
的建成献策献力,并且 CEPC
的技术也会促进国内产业的进步和升级。CIPC分会场共安排52
场报告,约占报告总数的
20%。  此外,会议还邀请了欧洲的同类项目未来环形对撞机(FCC)、国际直线对撞机(ILC)、紧凑型直线对撞机(CLIC)等研究团队的代表参加。参会代表们对未来的高能正负电子对撞机的物理研究机遇、加速器、探测器和软件等多方面的关键技术问题做了报告和研讨,也对如何推动项目及不同国家之间、不同研究所、大学之间合作方式进行了广泛深入的讨论。外国科学家对CEPC设计优化、关键技术研究的进展和成绩给与了高度评价。  本次研讨会是CEPC的一次重要会议,参会人数也达到历史新高。根据去年国际顾问委员会的建议,会议组分别成立了“
CEPC国际加速器评审委员会” 和“CEPC
探测器预研委员会”,且在研讨会期间召开了各自的第一次集体会议。两个委员会的成立是
CEPC 预研的一个里程碑,这代表国际高能界水平的专家力量已开始深入参加CEPC
研究活动、贡献自己的智慧和经验,并能在大方向上给出非常有价值的指导。  环形正负电子对撞机(CEPC)是我国粒子物理学界发起建造Higgs粒子工厂和国际大科学装置,其主要用于对希格斯粒子进行精确测量和探测新物理。CEPC可大量产生Z、W玻色子,可以精确研究标准模型中的电弱物理、味物理、QCD及顶夸克(升级后)物理。2018年11月,CEPC团队正式发布了概念设计报告,后进入设计优化和关键技术预研究阶段。  
标签: 对撞机

2017年诺贝尔物理学奖获得者、加州理工大学教授Barry
Barish曾领导LIGO实验发现引力波,他向中国CEPC项目团队发来祝贺,其中提到:“加速器的发展历史是实现越来越高的能量,并在过去几十中一直都是众多粒子物理重大发现所依赖的核心工具。而CEPC将延续这一伟大传统!衷心祝贺CEPC《概念设计报告》团队做了如此出色的工作。”

澳门蒲京堵场网址 1

图13 Arbor
算法重建出的τ轻子信号,及其重建出的、强子末态下的W、Z和Higgs粒子信号。图中可见,目前CEPC
的基线探测器—重建算法可有效区分W、Z 以及Higgs
粒子,这对CEPC的物理潜力至关重要

澳门蒲京堵场网址 2

澳门蒲京堵场网址,会议现场

11] The CEPC Study group. The CEPC input for the European Strategy for
Particle Physics,2019. arXiv:1901.03169,1901.02170

国际未来加速器委员会和亚洲未来加速器委员会主席、墨尔本大学教授Geoffrey
Taylor称,概念设计报告的出炉,是CEPC这样一个用于基础研究的大型科学装置的重要发展里程碑,“毫无疑问,国际高能物理界非常希望参加CEPC的研发和将来的科学实验,这将会大大促进对物质最基本组成单元的进一步理解。”

本次研讨共有学术报告约100个,并安排了充分的讨论时间。在随后举行的四个分会则分别就物理、探测器设计和优化、高能环形正负电子对撞机、超级质子质子对撞机四个预研专题专题展开深入研讨;本次研讨会也是CEPC项目国际化的筹备会议。

时至今日,我们对自然界的认识被总结为粒子物理的标准模型(Standard
Model)。标准模型预言了三种粒子:自旋为1/2 的费米子,自旋为1
的规范玻色子,以及自旋为0 的Higgs
粒子。在标准模型看来,我们的物质世界由费米子组成,而运行规律则通过玻色子的交换来实现。这种交换不仅发生在费米子之间,同样也发生在玻色子之间。费米子和规范玻色子中的W、Z
粒子都通过和Higgs 场的相互作用获得质量,因此Higgs
场也被人们称为质量之源。

11月14日,中国科学院院士、中国科学院高能物理研究所所长、环形正负电子对撞机指导委员会主席王贻芳代表CEPC研究工作组,正式发布CEPC两卷概念设计报告,分别是《概念设计报告——加速器卷》和《概念设计报告——探测器和物理卷》,其中提到,项目团队计划于2018-2022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。

4月19日至21日,“高能环形正负电子对撞机”2017春季研讨会在华中师范大学举办。来自中国大陆、台湾地区,美国、意大利、塞尔维亚等多所国内外高校、科研单位的180多位专家学者到华中师范大学交流CEPC的最新预研究的成果、进展并针对未来物理和预研究进行研讨。

标准模型是一个极为成功的理论,它精确地描述、预言以及诠释了粒子物理加速器实验中观测到的几乎所有实验现象。标准模型通过优美的数学结构统一描述了自然界中三大基本相互作用力:电磁力、弱力和强力。直至今天,标准模型的发展和验证获得了近三分之一的诺贝尔物理学奖。它不仅是粒子物理学科发展的主旋律,也是人类智慧的一首壮丽史诗。

当天,王贻芳也透露,在CEPC的建设之前,必须以概念设计报告为基础完成关键技术预研,项目团队计划于2018-2022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。CEPC预期于十四五开始建设,并于2030年前竣工。

研讨会上,CEPC项目经理、高能所研究员娄辛丑就中国发起的大学装置“高能环形正负电子对撞机”项目作了总体概览。随后,芝加哥大学教授王连涛、高能所研究员Joao
Guimaraes da
Costa和高杰分别围绕物理动机、探测器设计及物理模拟和加速器设计三项主要议题分别作了精彩的大会报告。

举例而言,高频系统是对撞机的核心组件,其作用是为粒子提供加速电场,加速到所需的能量。对于高频系统,CEPC
预期将采用世界上先进的低温超导加速器技术。CEPC 主环和增强器将分别采用650
MHz和1.3 GHz
的超导腔实现。超导腔除了选用传统超导高频技术中所用的高纯铌外,还将使用目前世界上前沿的掺氮技术,进一步减小超导腔本身的能量损耗。此外,还将完善一些列的超导腔处理工艺和设施,如超导腔电抛光装置,使我国的超导高频技术步入世界领先水平。为了维持超导状态,高频腔被安装在工作温度为4
K、长度为11
m的低温单元中,CEPC的主环上将安装40个低温单元,如图9,10所示。

环形正负电子对撞机是我国高能物理学界于2012年提出的面向未来的大型粒子对撞机项目,其最终规模将数倍于目前世界上最大、能量最高的粒子对撞机,也因此被称作中国“超级对撞机”。

为进一步吸引全世界的高能物理专家参加CEPC合作、使CEPC成为一个拥有广泛国际合作的世界性大科学装置中心,CEPC的指导委员会决定于2017年11月初在高能所举行第一次CEPC国际研讨会和国际顾问委员会会议,会议将根据研讨结果和国际顶级专家的建议推进CEPC的国际化,促进国际一流水平的大型高能物理实验装置和科学中心的建成。

4] The CLIC Collaboration. CLIC Conceptual design report,CERN-
2012-007

他还提到,CEPC初步实验计划是在质心能量240GeV处运行7年来研究希格斯玻色子,随后2年在91GeV处运行用来研究Z玻色子和重味物理,另外计划一年时间在160GeV附近研究W玻色子物理。CEPC未来可能发展方向之一是升级为一个超级质子质子对撞机,质心能量将达到100TeV,可以在大范围内直接寻找新的物理现象和物理规律。

参考文献

中国CEPC机构委员会主席、北京大学教授高原宁表示,概念设计报告出炉标志着项目团队完成了整个项目的加速器、探测器和土木工程的基本设计。“下一步将重点关注CEPC关键技术和原型机的研发,希望今后能得到政府的积极回应。”他说。

2)研制的国内第一个高场超导二极磁体,在4.2
K、两个孔径内最高磁场达到了10.2 T;

亚洲高能物理委员会主席、台湾大学教授侯唯恕则代表亚洲高能物理委员会成员表达了祝贺:“这项工作的严肃性在全世界引起了越来越多的关注,并为下一步的《技术设计报告》和工程设计以及未来建设计划时间表的可行性奠定了良好基础。愿你们的毅力和努力结出硕果,能让未来亚洲真正拥有占世界主导地位的高能物理大型科学装置。”

3)国际上首次完成了铁基超导线圈高场性能测试,实验验证了铁基超导高场应用的可行性。

环形正负电子对撞机概念图

8] The CEPC Conceptual Design Report,Vol II:Physics and Detector.
http://cepc. ihep. ac.
cn/CEPC_CDR_Vol2_Physics-Detector.pdf,2018,arXiv:1809.00285

翻阅概念设计报告,其第一卷——加速器卷介绍了加速器整体设计,包括直线加速器、阻尼环、增强器和对撞机。还介绍了低温系统、土木工程、辐射防护等一系列重要支撑设施,以及讨论了CEPC升级的可能选项。第二卷——探测器和物理卷则展示了CEPC的物理潜力,介绍了探测器的设计概念及其关键技术选项,重点对CEPC的探测器和物理做了深入评估,并讨论了未来探测器研发和物理研究的初步计划。

澳门蒲京堵场网址 3

王贻芳表示,该计划提出后随即启动该项目的预研,项目团队仅用两年多时间就发布了CEPC的初步概念设计报告,随后顺利通过国际评审并获得积极评价。之后,CEPC的设计和预研究团队又经过3年努力,取得里程碑式进展——正式完成概念设计报告并得到国际专家的肯定。

7] The CEPC Conceptual Design Report,Vol I:Accelerator.
http://cepc.ihep.ac.cn/CEPC_CDR_Vol1_Accelerator.pdf,2018.
arXiv:1811.10545

4 CEPC 对高精尖技术的依赖和推动

澳门蒲京堵场网址 4

12]

国际上硅径迹探测器技术快速发展,而国内由于起步较晚且由于存在抗辐照工艺禁运等问题,在技术水平方面与国外前沿存在明显差距。以笔者所在的中国科学院高能物理研究所为例,近年来针对先进光源同步辐射探测、成像的需求,利用国内厂商提供的CMOS工艺,成功研制前端读出电子学ASIC
芯片,主要性能已接近国外同类产品。与国内研究所设计、制作的硅像素传感器集成,逐渐开发出符合设计指标的整机系统。此外,还积极参与LHC实验探测器升级,通过国际合作的方式,努力打破技术禁运的同时通过参与实际研发项目提高硅径迹探测器设计水平。所参加的ATLAS实验硅微条径迹探测器升级课题所需经费部分已经得到国家重点研发计划支持。与此同时,基于已有设计经验,我们也在自主研制高性能的集成式硅探测器,满足未来对撞机实验的需求,并积极拓展应用范围。伴随着国家对于半导体工艺的持续投入,将有机会更多尝试国内工艺厂商提供的工艺,研制高性能的硅径迹探测器,走向国际前沿。

2012 年,国内高能物理学界开始进行CEPC项目的讨论。2013 年9 月,CEPC
工作组正式成立。2015 年初,CEPC
工作组发布了CEPC的《预备概念设计报告》6],这一报告明确了CEPC项目的可行性。报告认为CEPC项目不存在原理性的困难,同时,报告甄别出大量需要仔细研究的关键技术。根据CEPC预备设计报告,CEPC工作组进行了大量的科研攻关,完成了对撞机、探测器上一系列关键技术的预研。2018
年11月,CEPC 研究工作组在北京正式发布CEPC
的两卷《概念设计报告》7,8],这意味着CEPC 项目的初步设计蓝图完成。

对撞机上物理事例的产率是其反应截面和对撞机亮度的乘积。换言之,亮度体现了Higgs
工厂的生产率和总产量。对环形正负电子对撞机而言,在限制了同步辐射总功率的情况下,其亮度随质心能量的3
次方压低;而直线对撞机原则上不受同步辐射总功率的限制,其亮度随质心能量缓慢增加。因此,就亮度而言,环形正负电子对撞机在较低的质心能量上占优;而直线对撞机则在高能区占优,如图4
所示。同时,直线对撞机上仅有一个对撞点,而环形对撞机上则可同时拥有多个对撞点,意味着环形对撞机上可同时运行多个探测器、进行实验取数。由于Higgs
粒子的质量是125 GeV,质心能量为240—250
GeV的正负电子对撞即可有效产生Higgs
粒子。在这个能区,环形正负电子对撞机相对于直线对撞机有亮度上的优势。

本文经中国物理学会期刊网微信公众号授权转载

CEPC
的概念设计报告包括《加速器卷》和《探测器和物理卷》两部分。《概念设计报告》给出了对撞机和探测器的基线设计,意味着我们得到了“在纸面上可以运行的对撞机—
探测器设计”。其中《加速器卷》介绍了加速器整体设计,
包括直线加速器、阻尼环、增强器和对撞机。另外,还介绍了低温系统、土木工程、辐射防护等一系列重要支撑设施,并讨论了CEPC升级的可能选项。《探测器和物理卷》展示了CEPC
的物理潜力,介绍了探测器的设计概念及其关键技术选项,重点对CEPC
的探测器和物理研究做了深入评估,并讨论了未来探测器研发和物理研究的初步计划。根据该设计报告,CEPC的主环周长长达100
km,是目前世界上最大的高能物理对撞机——LHC主环周长的4
倍。CEPC上将至少会有两台探测器同时进行科学实验。

9] Lou X C. Presentation at ICHEP 2018,July 2018,Seoul.报告题目:The
Circular Electron Positron Collider, An Informal
Report.

图7 CEPC对撞机系统主要结构

正负电子对撞机是极有吸引力的、高精度的Higgs
粒子工厂。国际高能物理学界普遍认为,建造正负电子Higgs
工厂是未来高能物理对撞机实验发展的必由之路,并倡议了多个正负电子Higgs
工厂技术方案。这些方案中包括了欧洲核子中心倡议的未来环形对撞机3]和紧致直线对撞机4],可能被建设于日本的国际直线对撞机5],以及由我国高能物理学界提议的环形正负电子对撞机6—8]。这些被倡议的正负电子Higgs
工厂可以被分为两大类:直线对撞机和环形对撞机。前者包括CLIC和ILC,后者包括FCC和CEPC。

为了探索亚原子级乃至更小的结构,我们需要借助粒子加速器。加速器把微观粒子加速到越来越高的能量,以此来探索越来越小的结构。为了记录加速器所产生的关键信息,人们通过粒子探测器来测量并记录末态粒子的能量、动量、种类信息。有些粒子物理实验是不需要加速器的,比如宇宙线实验、部分中微子实验等等,但所有的实验都需要探测器。

澳门蒲京堵场网址 5

10] Brewster S. A bouquet of options: Higgs factory ideas blooms.
Symmetry magazine,2012.

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注