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作者:倪思洁 来源:中国科学报 发布时间:2020/6/21 20:12:19
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欧洲将建“超级对撞机”?王贻芳:就看谁能抢先

 

当地时间6月19日,作为世界粒子物理的中心,欧洲核子中心(CERN)的理事会全票通过了《欧洲粒子物理2020战略》。该战略提出,基于正负电子对撞机的“希格斯(Higgs)工厂”是“优先级最高的未来对撞机项目”,并期望建设能量尽可能高的质子对撞机。

目前,国际上“希格斯工厂”项目有三个——由中国物理学家在2012年9月提出的环形正负电子对撞机-超级质子对撞机(CEPC-SPPC)、日本正积极争取的国际直线对撞机(ILC),及CERN规划的未来环形对撞机(FCCee)。

欧洲粒子物理战略的发布,将会对国际“希格斯工厂”建设的竞争局面产生何种影响?对此,《中国科学报》专访了中科院高能物理所所长、中科院院士王贻芳和中科院高能物理所研究员、CEPC加速器负责人高杰。

欧洲核子中心(CERN)发布粒子物理战略(图片来源:CERN官网)

《中国科学报》:欧洲粒子物理战略提出,基于正负电子对撞机的“希格斯工厂”是“优先级最高的未来对撞机项目”。这会对目前国际希格斯粒子研究的竞争局面产生什么影响?

王贻芳:

欧洲是目前国际粒子物理最重要的一支力量,CERN确定的研究方向、目标和路线图,对整个国际粒子物理发展会有巨大影响。

不过,欧洲粒子物理战略中的决定并不让人吃惊。过去几年里,大家已经公认希格斯粒子的研究是未来高能物理发展的最主要目标。不令人吃惊是因为我们可能是最早讲这句话的人。

高杰:

显然,研究物质深层次结构和物质之外的暗物质等新物理的“希格斯工厂”,已经成为国际高能物理领域所追求的共同目标,是国际科学领域所要攀峰的珠穆朗玛峰。

然而,中国、欧洲、日本的计划之间既有合作又有竞争,我们要对这一国际新形势有清晰的认识,准确的判断和正确的应对。

《中国科学报》:在此竞争局面中,中国的CEPC是否占有优势?

王贻芳:

三方各自都有一定的优势,我们很难说我们一定能胜出。最终谁能胜出,取决于各个国家对这件事情的支持,看谁能在时间上走在前面。

我们的优势在于,跟欧洲比,我们走在前面;跟日本比,我们的性能更优越,即使我们比他们建成得晚一点也不会有太大问题。当然,要胜出,前提条件是我们能在未来五年左右能够得到国家的支持。

高杰:

中国高能物理领域科学家自2012年9月提出CEPC以来,经过不懈的努力,于2018年完成CEPC概念设计报告(CDR),并于2019年正式进入技术设计报告(TDR)阶段,计划于2022年底完成技术设计报告,在“十四五”期间开始建设,并在2030年左右投入实验。

《中国科学报》:目前CEPC的立项进展如何?

王贻芳:

还没有明确的立项信号,目前我们还不知道什么时候可以立项。

《中国科学报》:现在大概得到了多少经费支持?

王贻芳:

现在的预研经费相对还可以,但当然也不可能100%地满足我们的要求。核心关键的工作都在开展,都得到了经费支持。

经费主要来自中科院、威廉希尔体育在线:、国家自然科学基金委。因为CEPC预研工作中有很多不同的关键问题,这些问题是可以分解的,分解了的问题都各自从不同的渠道得到了经费支持。

所有的经费加起来,大概有3到4个亿。

《中国科学报》:欧洲粒子物理战略提出要聚焦和发展几项关键技术,包括高场磁体、高温超导体、等离子体尾场加速技术等,并认为“这些技术也将对社会产生巨大的应用价值”。这些关键技术在中国“超级对撞机”项目中是否也有?

王贻芳:

欧洲粒子物理战略规划中提到的几个最重要的技术,刚好就是我们已经布置了的技术,比方说,高温超导磁铁和等离子体加速技术。

高温超导磁铁技术我们聚焦了好几年,也得到了中科院的支持,特别是在铁基高温超导方面,我们走在国际前面,而欧洲目前还主要聚焦于低温超导磁铁。这几年,在我们的推动下,国际高能物理界开始认识到高温超导是未来质子对撞机的发展方向。

我们也在全力推动等离子体加速技术,而且在CEPC设计中就有等离子体加速的相关设计。等离子体加速作为新的加速器技术,还面临着很多短时间内不能解决的问题和困难,但是我们找到了新的路径,通过把它和传统加速器结合,充分用等离子体加速的特性和优势,克服一些技术困难,降低造价。目前,等离子体加速的方案设计已经通过国际评审,但关键技术的验证还需要几年时间,以确认工程的可行性。因为这个技术非常新,目前世界上还没有人做过,所以等离子体加速还是CEPC的备选方案,万一不成功,我们还可以有完全依赖于传统加速器的方案作为兜底。

高杰:

CEPC在技术设计报告阶段已经取得重要关键技术预研成果和技术瓶颈的突破。例如,CEPC在650兆赫高功率速调管、650兆赫超导高频加速腔、对撞环和增强器各种高精度磁铁、真空盒系统、正电子源、高梯度直线加速管、束流测量快速电子学系统,以及先进超导实验室建设等方面都取得了重要进展。

《中国科学报》:欧洲粒子物理战略提出,要推动全球参与的高能物理项目,包括CERN主持建设的和CERN参与、建设在欧洲之外的大型科学项目。此外,CERN还提出,将积极协调欧洲国家参与这些项目,并提供技术支持。CERN的成员国将可以通过CERN,或直接通过双边/多边协议对这些项目做出贡献。这是否意味着欧洲正在逐渐失去“世界粒子物理中心”的地位?

王贻芳:

对国际合作的表述,是这个战略中一个需要引起关注的地方。

但这并不意味着CERN在失去世界粒子物理中心的地位。到目前为止,CERN或欧洲仍然是世界粒子物理的中心,未来仍然可能会保持中心地位。之所以会有这样的表述,是因为未来高能物理的项目会越来越大,过去的方式显然不是特别适合,这是由未来高能物理项目的规模化和去中心化决定的。CERN也需要改变他们的章程。

这一次,CERN在战略规划中的新表述,一方面是表明他们对于其他国家参与CERN的项目,会有新的管理模式,另一方面也是表明他们会积极支持和协调欧洲国家参与国外开展的国际项目。

原来CERN只做自己的事,从来不做别人的事,现在这个表述,实际上给他们未来参与中国的CEPC项目或日本的ILC项目开了口子。这是原来从来没有过的。

 
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