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【中國科學報】誰會是“希格斯工廠”的大贏家?
2020-06-22|文章来源:倪思洁 |【
 

  ■本报记者 倪思洁 

  當地時間6月19日,作爲世界粒子物理的中心,歐洲核子中心(CERN)的理事會全票通過了《歐洲粒子物理2020戰略》。該戰略提出,基于正負電子對撞機的“希格斯(Higgs)工廠”是“優先級最高的未來對撞機項目”,並期望建設能量盡可能高的質子對撞機。

  目前,國際上“希格斯工廠”項目有三個——由中國在2012年9月提出的環形正負電子對撞機—超級質子對撞機(CEPC-SPPC)、日本正積極爭取的國際直線對撞機(ILC),以及CERN規劃的未來環形對撞機(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》专访了中國科學院院士、中國科學院高能物理研究所所长王贻芳,及中國科學院高能物理研究所研究员、CEPC加速器负责人高杰。

  高能物理領域的“珠穆朗瑪峰” 

  《中國科學報》:歐洲粒子物理戰略提出,基于正負電子對撞機的“希格斯工廠”是“優先級最高的未來對撞機項目”。這會對目前國際希格斯粒子研究的競爭局面産生什麽影響?

  王贻芳:歐洲是目前國際粒子物理最重要的一支力量,CERN確定的研究方向、目標和路線圖,對整個國際粒子物理發展會有巨大影響。

  不過,歐洲粒子物理戰略中的決定並不讓人吃驚。過去幾年裏,大家已經公認希格斯粒子的研究是未來高能物理發展的最主要目標。不令人吃驚是因爲我們可能是最早講這句話的人。

  高傑:顯然,研究物質深層次結構和物質之外的暗物質等新物理現象的“希格斯工廠”,已經成爲國際高能物理領域所追求的共同目標,是該領域所要攀登的“珠穆朗瑪峰”。

  然而,中國、歐洲、日本的計劃之間既有合作又有競爭,我們要對這一國際新形勢有清晰的認識、准確的判斷和正確的應對。

  勝出前提是能得到國家支持 

  《中國科學報》:在此競爭局面中,中國的CEPC是否占有優勢?

  王贻芳:三方各自都有一定的優勢,我們很難說自己一定能勝出。最終誰能勝出,取決于各個國家對這件事情的支持,看誰能在時間上走在前面。

  我們的優勢在于,跟歐洲比,我們走在前面;跟日本比,我們的性能更優越。即使我們比他們建成得晚一點,也不會有太大問題。當然,要勝出,前提條件是我們能在未來五年左右得到國家的支持。

  高傑:中國高能物理領域科學家自2012年9月提出CEPC以來,經過不懈的努力,于2018年完成CEPC概念設計報告(CDR),並于2019年正式進入技術設計報告(TDR)階段,計劃于2022年底完成技術設計報告,在“十四五”期間開始建設,並在2030年左右投入實驗。

  《中國科學報》:目前CEPC的立項進展如何?

  王贻芳:還沒有明確的立項信號,目前我們還不知道什麽時候可以立項。

  《中國科學報》:現在大概得到了多少經費支持?

  王贻芳:現在的預研經費相對還可以,當然也不可能百分之百地滿足我們的要求。核心、關鍵的工作都在開展,都得到了經費支持。

  经费主要来自于中國科學院、科技部、国家自然科学基金委员会。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。

  所有的經費加起來,大概有3億到4億元。

  打開參與國際合作新路徑 

  《中國科學報》:歐洲粒子物理戰略提出要聚焦和發展幾項關鍵技術,包括高場磁體、高溫超導體、等離子體尾場加速技術等,並認爲“這些技術也將對社會産生巨大的應用價值”。這些關鍵技術在中國“超級對撞機”項目中是否也會涉及?

  王贻芳:歐洲粒子物理戰略規劃中提到的幾個最重要的技術,剛好就是我們已經布置了的技術,如高溫超導磁鐵和等離子體加速技術。

  高溫超導磁鐵技術我們聚焦了好幾年,也得到了中科院的支持。特別是在鐵基高溫超導方面,我們走在國際前沿,而歐洲目前還主要聚焦于低溫超導磁鐵。這幾年,在我們的推動下,國際高能物理界開始認識到高溫超導是未來質子對撞機的發展方向。

  我們也在全力推動等離子體加速技術,而且在CEPC設計中就有等離子體加速的相關設計。等離子體加速作爲新的加速器技術,還面臨著很多短時間內不能解決的問題和困難,但我們找到了新的路徑,通過把它和傳統加速器結合,充分利用等離子體加速的特性和優勢,克服了一些技術困難,從而降低了造價。目前,等離子體加速的方案設計已經通過國際評審,但關鍵技術的驗證還需要幾年時間,以確認工程的可行性。因爲這個技術非常新,目前世界上還沒有人做過,所以等離子體加速還是CEPC的備選方案。萬一不成功,我們還有完全依賴于傳統加速器的方案作爲兜底。

  高傑:CEPC在技術設計報告階段已經取得重要關鍵技術預研成果和技術瓶頸的突破。例如,CEPC在650兆赫高功率速調管、650兆赫超導高頻加速腔、對撞環和增強器各種高精度磁鐵、真空盒系統、正電子源、高梯度直線加速管、束流測量快速電子學系統,以及先進超導實驗室建設等方面都取得了重要進展。

  《中國科學報》:歐洲粒子物理戰略提出,要推動全球參與的高能物理項目,包括CERN主持建設的和CERN參與、建設在歐洲之外的大型科學項目。此外,CERN還提出將積極協調歐洲國家參與這些項目,並提供技術支持。CERN的成員國可以通過CERN,或直接通過雙邊/多邊協議對這些項目做出貢獻。這是否意味著歐洲正在逐漸失去“世界粒子物理中心”的地位?

  王贻芳:對國際合作的表述,是這個戰略中一個需要引起關注的地方。

  但是,這並不意味著CERN在失去世界粒子物理中心的地位。目前,CERN或歐洲仍然是世界粒子物理的中心,未來仍然可能會保持中心地位。之所以會有這樣的表述,是因爲未來高能物理的項目會越來越大,過去的方式顯然不是特別合適。這是由未來高能物理項目的規模化和去中心化決定的。CERN也需要改變其章程。

  這一次CERN在戰略規劃中的新表述,一方面表明他們對于其他國家參與CERN的項目,會有新的管理模式,另一方面表明他們會積極支持和協調歐洲國家參與國外開展的國際項目。

  原來CERN只做自己的事,從來不做別人的事,現在這個表述,實際上給他們未來參與中國的CEPC項目或日本的ILC項目開了口子。這是從來沒有過的。

  《中国科学报》 (2020-06-22 第1版 要闻)

 
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