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电子对撞机,如何看待环形正负电子对撞机 CEPC 项目?

时间:2023-07-31 01:17:40 编辑:古文君 来源:古文字网

1,如何看待环形正负电子对撞机 CEPC 项目?

首先说项目进展,海伯利安的回答非常鼓舞人心,不过,真实情况可能并没有乐观到“马上就要立项、已经准备动工”的程度。猜测可能是科技部重点研发专项“CEPC预研”项目的3600万经费的立项误传成了整个项目的立项吧。立项方面的进展,今年6月在发改委申请未来十三五大科学工程的立项,高能物理学界是以CEPC为主,结合了Z工厂、τ-Charm工厂一道,推了一个10亿的验证装置建设项目,非常可惜,这个项目最终没有通过。除了尽可能推动立项工作,怎么做这个工程当然也十分重要,毕竟是在整个地球上都举足轻重的大项目。目前来说主要是两方面,探测器工程和加速器工程。单说加速器,加速器是一个综合性的学科,包括高频、磁铁、自动控制、真空等等多项技术,现有的技术水平相对这一个大工程来说还比较低,成本也相对较高。不过,如果未来十四五计划中能够顺利立项的话,我们有差不多10年或者更久的技术研发与储备阶段,相关联的各专业也有可能取得新的突破,得到一个比较优化的解决方案是有希望的。去年高能所和CEPC的委员会发布了一套preliminary的conceptual design report,全世界可能有几千名专家署名,16开本四本,每本几百页。今年的国际粒子加速器会议上,高能所的专家组做了若干个报告和海报,在各技术领域都汇报了进展。前几天得到的消息,刚结束的中国高能物理战略研讨会上,大家也都认同应该达成一个明确的声音去集中推动重要工程的实施。总的来说,应该说高能物理和加速器界基本达成了“我们希望去做这件事”的共识。

2,中国建设环形高能正负电子对撞机实验项目有什么研究价值?

环形正负电子对撞机(CEPC)是我国正在论证中的新一代高能粒子加速器,如果建成,它将有望超越大型强子对撞机(LHC),成为世界上最强的粒子加速器之一。那么,建造这样大型的粒子加速器有什么意义呢?现代物理学发展到如今的地步,早就不像爱因斯坦的那个时代一样,只用一根笔和一张纸就能取得物理学的突破。只有进一步揭开物质的结构,才能推动理论物理学的发展,进而推动科学的发展。这就需要通过高能粒子加速器来使亚光速粒子互相碰撞,以期获得新的发现。粒子物理标准模型所预言的一种极为重要的基本粒子——希格斯玻色子就是在大型强子对撞机中发现的。虽然这种粒子早在上个世纪六十年代就已经被预言存在,但直到21世纪之后,大型强子对撞机的投入使用才被证实。希格斯玻色子的发现,标志着粒子物理标准模型已经找到了最后一块拼图,新的物理学时代需要强大的粒子加速器去开创。如果我国的环形正负电子对撞机能够建成,将使我国成为世界物理学的中心之一,从而能够吸引到更多的人才,促进我国科技的发展。目前正值基础物理学发展的转折时期,如果要把握住这次机遇,就需要比LHC更为强大的CEPC。如果以CEPC来测量希格斯玻色子,其信噪比将要比LHC高出1亿倍。因此,利用CEPC很有可能还会取得更多物理学新发现。不过,我国泰斗级物理学家杨振宁对于CEPC项目表示反对。杨老并不是反对我国基础物理学的发展,只是认为我国现阶段不应建造CEPC,因为这个项目需要耗费巨大的资金,可能需要投入上千亿元。而我国更多领域还亟待资金的投入,例如,环保、教育、医疗,先解决燃眉之急,以后再来考虑建造更为强大的高能粒子加速器。

3,北京正负电子对撞机的工程成就

从1999年开始,北京正负电子对撞机未来发展的预先研究已经开始。改造工程最初计划采用单环方案,使用麻花轨道实现多束团对撞,亮度提高一个数量级左右。但由于受到BEPC丰硕科研成果的吸引,2001年美国康奈尔大学把一台原先在高能量下运行的对撞机转到BEPC的能区工作(称为CESRc),主要设计指标对撞亮度与BEPC改进升级的目标相同。但是他们采用短平快的方法,声称能在2~3年内达到设计目标。实际上,他们的短平快方法并不成功,CESRc只达到了设计性能的1/5到1/8。“然而在当时,如果BEPCII不改变方案,大幅度提高效能,我们将失去国际竞争力。”陈和生介绍,面对严峻的竞争,为了继续保持在国际高能物理研究上的优势,中国科学家接受挑战,迎难而上,提出了新的改造方案。采用最先进的双环交叉对撞技术改造对撞机,设计对撞亮度比原来的对撞机高30~100倍,远高于康奈尔大学对撞机,使BEPCII将在世界同类型装置中继续保持领先地位,成为国际上最先进的双环对撞机之一。这个方案的验收指标是将性能提高30倍,难度极大。这个方案得到了科学界的支持和国家的批准,并在2004年初开工建设,称为北京正负电子对撞机重大改造工程。研究人员在参考国际先进的双环方案的基础上,根据“一机两用”的设计原则,巧妙地利用外环提供同步辐射光,并将硬X光的强度提高了一个数量级,满足广大同步辐射用户的需求。BEPCII工程于2004年1月动工,计划工期5年,改造的主要目标是提高对撞机的性能,使粲物理数据增加两个数量级。“我们边建设边提供同步辐射光,创国际先例。”陈和生说,尽管工程建设和调束的时间十分紧张,高能所仍坚持以国家需求为己任,考虑到上海同步辐射光源尚未建成,为了保证国内广大同步辐射用户研究工作的需要,主动将工程建设分为三个阶段:直线加速器改造、储存环改造和探测器改造,并克服重重困难,在每个阶段都插入同步辐射运行,最大限度地减少工程对同步辐射用户造成的影响,创造了在大型加速器的建设过程中提供同步辐射专用光服务的国际先例。2009年4月下旬,开始本轮调束前,BEPCII/北京谱仪III进行物理数据采集,仅用不到一个月的时间,就获得了1亿 ψ(2S)衰变事例,是目前世界上最大的在ψ (2S)共振峰上采集的数据样本,数据质量非常好。而改造前获取1400万事例要用三个多月的时间。“BEPCII挑战加速器建设和调试的难度极限。”陈和生透露,国际上成功的双环电子对撞机的周长一般在2公里以上,而北京正负电子对撞机(BEPC)储存环的周长短,只有240米。隧道原来是给单环设计的,空间狭小。国外成功的双环对撞机是在80米距离内实现电子对撞再分开,BEPCII的对撞区非常短,必须在28米内实现。其次,多项先进技术为首次应用。为了继续保持在τ—粲物理能区的先进性,工程采用大量国际上的顶尖技术,而许多技术、设备是国内从未有过的,而高能物理对撞机的加工精度往往比航天、航空领域的要求还要高。比如,对撞机必须使用多种先进的超导设备,大多为国内从未有过的,并为此建立大型氦低温系统。其他首次应用的技术还有加速器建造中的横向反馈系统、超导高频系统、超导磁铁、全环轨道慢反馈、束团流强检测控制,探测器建造中的高分辨率晶体量能器、小单元氦基气体漂移室、大型螺线管超导磁体、阻性板室(RPC)等。据悉,BEPCII对撞亮度达到验收指标的消息传出,世界各大实验室的加速器专家,如欧洲核子研究中心(CERN)的副所长Steve Myers、大型正负电子对撞机LEP和大型强子对撞机LHC的调束运行负责人CERN的Paul Collier博士、美国布鲁克海文实验室(BNL)的著名加速器专家翁武忠博士、美国斯坦福直线加速器中心(SLAC)的赵午教授等纷纷在第一时间发来邮件表示祝贺。

4,中国的北京正负电子对撞机有什么实际的用处么?把正负电子加速后,然后让他们对撞产生反应生产伽马光?

静止的正负电子湮灭后产生两个gamma光子,但是只要能量足够够大,正负电子对撞后能产生很多种粒子,包括轻子、胶子以及他们的反粒子,例如τ子,μ子等。对τ子质量的测量,与测量其他很多微观粒子的质量一样,利用的是不确定性关系。其实粒子的质量不是一个确定的值,而是在平均值附近有一定的分布,在这条分布曲线高度一半处的宽度成为粒子的“宽度”Г,根据量子力学,这个宽度与粒子的平均寿命有这样的关系:τΓ=h/c^2 (这里h和c分别是普朗克常数和光速)。因此在实验上通过测量粒子的平均寿命就可以推出它的质量了。当然,对于寿命太长或太短,用这种方法测量质量误差就比较大了,但这时候粒子的质量就比较“适中”,通常可以用其他直接方法如反冲法等测量了。采纳哦

5,欧洲大型强子对撞机的实验结果怎样?

欧洲核子研究中心(CERN)3月30日宣布,跨越日内瓦市郊瑞士法国边界的大型强子对撞机(Large Hadron Collider,简称LHC)上,总能量为7万亿电子伏特的两个束流对撞,在发生两次故障后最终获得成功。这是世界上目前能量最高的对撞。

资料来源于: http://scitech.people.com.cn/GB/11264642.html 此次对撞实验首次向媒体开放48小时。中国科学院高能物理所CMS(紧凑缪子线圈)实验远程控制中心通过网络向媒体直播了对撞实验过程。

“此次对撞成功,标志着LHC的物理研究的开始,标志着一个激动人心的粒子物理新时代的到来。”中国科学院高能物理研究所粒子天体物理中心研究员陈国明说。

据悉,对撞的两个束流,每个束流带两个束团,每个束团由50亿个质子组成,每个质子的能量为3.5万亿电子伏特。质子的速度是光速的99.999995%(比光速慢亿分之五)。按计划,本次运行后4个月内,每个束团的质子数将上升到800亿个。

北京时间30日下午3点左右,正当记者们在高能所CMS实验远程控制中心聚精会神地观看对撞实验时,CERN传来消息:由于对撞机保护装置导致束流意外丢失,对撞未能如期实现。研究人员不得不继续对机器进行调试。

陈国明介绍,2008年的LHC实验失败,发生爆炸事故,在其后的一年多时间,CERN对LHC进行了检修和调整,并增加了保护装置。此次束流丢失正是此保护装置所致。

不过,CERN研究人员随即表示,这是他们意料之中的事情:“我们已经等了20年,可以再耐心等一会。”几个小时后,CERN研究人员想要再次进行对撞,又一次发生了故障。不过,功夫不负有心人,经过进一步调试后,北京时间30日晚上7点零6分,总能量为7万亿电子伏特的两个束流对撞成功。

“做科学实验,尤其是在能量这么高的机器上开展实验,是一件非常有挑战性的事情,不会像开party一样,客人一来就可以看到庆祝的时刻。”高能所所长陈和生向记者介绍,“LHC是世界上能量最高的机器,非常复杂,在调试过程中,由于束流丢失未能如期实现对撞,并不意味此次对撞实验失败。北京正负电子对撞机在调试过程中也经常出现束流丢失的情况,这是调试过程中碰见的正常状况。”

欧洲核子研究中心将连续运行LHC 18到24个月,以便为LHC上面的各个实验提供足够的数据来进行物理研究。这一阶段的运行过后,LHC将关机进行彻底修理,为14TeV对撞作准备。

欧洲核子中心的所长Heuer说,两年的连续运行是一个离谱的要求,但这个努力是值得的,这可以补偿前次失败所失去的时间,使物理学家们可以有机会做出他们的成果。

6,大型强子对撞机实验结果

经过十几年的建造,欧洲核子研究中心大型强子对撞机于10日在靠近法国和瑞士边境的地下实验室正式启动,并成功实现了第一束质子束流贯穿整个对撞机。

当地时间10日9时38分(北京时间10日15时38分),第一束质子束流被注入安装在地下100米深处27公里长环形隧道内的大型强子对撞机。随后,欧洲核子研究中心主任罗贝尔·艾马和大型强子对撞机项目主任林恩·埃万斯宣布,大型强子对撞机正式启动。

第一束质子束流注入对撞机后,须逐段调整并走通对撞机的全部8段。当地时间10时25分左右,科研人员宣布第一束质子束流贯穿了整个大型强子对撞机。

在第一束质子束流实现贯穿后,经过数小时至数十小时调试,第二束质子束流将被反方向注入对撞机。再经过一段时间极其复杂精密的调试,才能开始实现两束质子束流的对撞。

质子束流粗细如一根头发

当地时间10日上午9时38分,随着一束质子束流注入对撞机,实验正式启动。负责实验的欧洲核子研究中心发言人葆拉·凯特帕诺说:“质子束流粗细如同一根头发。”

这台对撞机是世界最大的粒子加速器,建于瑞士和法国边境地区地下100米深处的环形隧道中。

5秒钟后,实验项目位于日内瓦的控制室内电脑收到信号,显示实验进展顺利。

开足马力的对撞机能够确保数万亿粒子以高速流过将近27公里长的地下隧道,最高速度将近每秒钟30万公里,相当于光速的99.99%。以如此高速,质子束流每秒可在隧道内狂飙11245圈,单束能量达到7万亿电子伏特。

不过,10日实验注入对撞机的质子束流运动速度相对较慢,每隔几公里为一段,在隧道中移动。这是为了检测所有设备是否运行正常,包括安装在隧道壁上为数不少的粒子探测器。

实验启动近一个小时后,两个白点在控制室的电脑屏幕上闪烁,显示质子束流已经沿隧道环绕一周。在场科学家欢呼鼓掌,庆祝第一束质子束流成功完成顺时针方向“首航”。

这以后,科学家将多次重复粒子加速测试,不断提高束流速度,尝试从顺时针和逆时针两个方向反复实验。

“真正的好结果是,另一束流从另一个方向过来,”欧洲核子研究中心首席发言人詹姆斯·吉利斯说:“只有当两个方向各有一支束流过来,你才知道确实没有阻碍,是开始工作的时候了。”

最快今年底实现高速对撞

一切就绪之后,科学家才会着手准备粒子高速对撞实验,继而再现宇宙大爆炸发生后万亿分之一秒内的情形。

着手粒子高速对撞实验之前,科学家会尝试从两个方向同时发射质子束流,以较低强度进行粒子对撞。

装置于隧道内的超导磁铁负责为发射自两端的质子束流“掌舵”,确保它们能够在隧道内密布粒子探测器的4个压缩室内相遇。“这就好像彼此瞄准的机关枪射出子弹,”物理学家丹尼尔·丹内格瑞解释说:“一些子弹会擦身而过,一些子弹会撞击在一起。”

现阶段尚未确定进行粒子高速对撞实验的日期。吉利斯说,实验初始阶段将以较低速度、较小规模进行粒子对撞。“我们在能量较低时积累经验,熟悉机器性能后再进行对撞。”

据估计,粒子高速对撞实验最早有望在今年年底进行,最晚则可能在一年以后。届时,运行方向相反的两束高速质子束流将在隧道内对撞,碰撞点将释放巨大热量和能量,与宇宙大爆炸发生时的情况相仿,只是规模较小。

对撞机实验持续10到15年

如果最后实验成功,科学家将分析撞击中产生的数百万粒子,求证希格斯玻色子的存在。

一旦粒子高速对撞成功,科学家将借助粒子检测器,在电脑显示器上观察撞击后的粒子如何聚拢在一起、各自散开或就此消融。

上述条件下,科学家们有望发现希格斯玻色子是否存在。在粒子物理学标准模型预言的62种基本粒子中,只有希格斯玻色子迄今仍未“显形”,因此有“上帝粒子”之称。

这种粒子44年前由英国物理学家彼得·希格斯猜想提出,据信是物质质量之源以及电子和夸克等形成质量的基础。希格斯提出,其他粒子在希格斯玻色子构成的“海洋”中游弋,受它的作用产生惯性,最终有了质量。如果没有质量,宇宙大爆炸后产生的物质无法形成星云和行星,生命起源更无从谈起。

大型强子对撞机在今后10到15年内将持续进行实验,由此产生的大量粒子数据将交由全球各大学和研究机构的实验室分析。

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