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中國物理學會高能物理分會第六次戰略研討會會議紀要

中國物理學會高能物理分會第六次戰略研討會

會議紀要

 

2016820日至21日,中國物理學會高能物理分會第六次戰略研討會在中国科学技术大学召开,會議由中國物理學會高能物理分會主辦、中國科學技術大學承辦。來自22個單位的近100名從事高能物理實驗與理論研究、粒子加速器與探測器技術方面的學者與專家參加了會議。

在過去幾年裏,分會舉辦了五次高能物理戰略研討會,曾就大型環形正負電子對撞機(CEPC,即Higgs工廠)、超級Z工廠(SZF)和超級韬-粲工廠(STCF,也稱爲HIEPA)三個項目有過多次集中討論,使得我國高能物理學界對未來基于加速器的諸種可能性有了充分的理解與認識。在此基礎上,201662日中國物理學會高能物理分會常務委員會擴大會議對十三五發改委“先進加速器驗證裝置”項目申請進行了充分細致的討論,並達成共識:基于CEPC科學目標的前沿性和關鍵技術的先進性,分會決定以“大型環形正負電子對撞機(CEPC: Circular Electron Positron Collider)關鍵技術驗證裝置”名稱來申請十三五發改委“先進加速器驗證裝置”項目。研究和解決在決策我國高能加速器物理發展戰略中遇到的關鍵技術。

延續前五次高能物理戰略研討,並基于201662日的會議決議,這次戰略研討的目的是進一步對適合我國高能物理發展戰略的高能加速器物理發展規劃開展研討,以期找到科學意義重大又適合我國國情的高能物理發展最佳方案,並制定合理的路線圖。

高能物理分會主任趙政國院士報告了粒子物理重大科學問題和裝置,基于加速器高能物理現狀以及高能物理發展戰略思考。並指出我國目前處于確定(基于加速器的)高能物理發展戰略的關鍵時期,希望通過研討在高能物理學界對發展戰略進一步形成共識。這對未來提升我國高能物理基礎研究在國際上的地位,實現跨越式發展是極爲重要的。

與會者就中國高能物理未來發展可能選項:1. 大型環型正負電子對撞機(CEPC,即Higgs工廠)和超級質子-質子对撞机(SppCSuper Proton Proton Collider); 2.超級Z-工廠; 3.高亮度正負電子加速器(HIEPA),再次聽取了相關項目專家的報告,展開了深入的交流討論,包括項目的科學意義和目標,目前存在的問題與挑戰、未來如何推動申報立項、如何相互兼容等。

CEPC是一周長約幾十至一百公裏、可提供質心能量約240GeV、亮度爲2?1034/cm2/s的環形正負電子對撞機。目前粗步估計CEPC造價約400億元,從預研、建造到完成物理運行約需30年;CEPC及其上的粒子探測器都涉及大量最前沿、最新的技術、方法、材料和工藝。因此它的建造,對大力推動和提升我國前沿科學研究和多學科及高新技術的綜合國際地位有其獨特性。CEPC的主要物理目標也是今後幾十年高能物理的主旋律,即精確研究Higgs粒子的性質,並以其作爲發現超出標准模型新物理的最重要途徑,這將爲新物理、新現象的發現提供重要的指導方向。 CEPC的建造將使中國在基礎前沿的全球大科學中在未來幾十年處于國際領先地位。也是在我國建造科學技術前沿大科學裝置的很好選擇。

推動CEPC的關鍵是:進一步深入研究其科學意義,並向科技界和政府充分闡明其重要性,包括其在國際上的地位;著手建立符合國際標准和規範的國際合作;及時開展關鍵核心技術的預研和引進;及時培養和引進建造CEPC所需的科學家和相關工程技術專家。

CEPC的預研究中應該吸取西歐核子中心(CERN)成功建造大型正負電子對撞機(LEP)和大型強子對撞機(LHC)的經驗,在選址及隧道建設中預留足夠的空間、爲更長遠的發展留下潛力。

SppC是質心能量爲約100TeV 的質子-質子对撞机,其亮度为1?1035cm-2s-1。其主要物理目標是發現超出標准模型的新粒子和新現象。由于LHC將運行約二十年,以在14 TeV能量下收集高统计量的質子-質子对撞数据来寻找超出标准模型的新粒子和新现象。即使LHC上可能因受能量限制而未能发现新物理,它也必将排除许多新物理模型,给出较严格的新物理有关参数的限制区域,为下一步继续寻找新物理提供重要参考。此外,超級强子对撞机还有许多关键技术(如超强磁铁技术)需要较长时期的研发攻关和人才队伍的培养。因此,SppC的建造,應根據LHCHiggs工廠(CEPC)的物理結果、屆時相關關鍵技術的研發及國際高能屆的合作與競爭情況來決定

超級Z-工廠(SZF)處于高亮度高精度前沿。它將以1035 /cm2 /s或更高的亮度通過幾十公裏(如30km)的加速器環提供質心系能量約90 GeV的正負電子對撞,以産生巨大數量Z-玻色子來精確測量Z-玻色子、韬輕子性質,尋找超出標准模型的稀有過程、在研究重味物理、QCD精確檢驗和研究強子物理等方面將發揮重要作用。SZF造價比CEPC少,但在同一量級。從預研,建造到物理運行約需要25-30年。它的建成將使我國成爲與西歐核子中心(CERN)運行大型正負電子對撞機(LEP)的時代相當的國際高能物理中心,即將是國際五大高能中心的第二大中心。 SZF除了在科學意義上進行探討外,尚需對加速器,探測器進行可行性研究和設計。

HIEPA项目是超級t-粲工廠和先进的低能区同步辐射光源相结合的周长约1公裏的加速器。它將提供1-3.5 GeV的束流能量,且其優化在2GeV 處束流能量的亮度將比BEPCII提高50-100倍,並可能需要單束極化。HIEPA旨在t-粲能區開展高精度物理研究。主要物理目標是研究與c誇克和t輕子相關的前沿粒子物理,如尋找和研究奇異物質(強子態)、尋找稀有和禁閉衰變及超出標准模型的新現象、深入研究強相互作用和核子內部的電磁分布等重大科學問題。HIEPA還將提供高新一代高品質的從真空紫外到軟x射線的同步輻射光源,爲凝聚態、生物、化學、材料,微機械加工等諸多學科提供研究手段和研究平台。

HIEPA造價約40億元,從預研,建造到完成物理運行約需要25年。在完成物理運行後,它將變成專用同步輻射光源。HIEPA在物理運行階段,將是國際五大高能中心的第三大中心。將使我國在t-粲物理,QCD從非微擾到微擾過度能區及奇異強子(物質)的尋找和研究方面繼續保持世界領先的地位。

會議對CEPC的關鍵物理進行了廣泛、深入地討論認爲CEPC是中國基于加速器的高能物理發展的首選項目。研討中與會專家和代表針對項目的長期性、複雜性和挑戰性也提出了許多具體的問題,特別指出應該仔細分析未能入選國家發改委十三五項目的原因,總結經驗、調整策略,以便下一步的申報。由于SZF同樣是高能區,高亮度的正負電子對撞機,它在加速器和相關探測器技術,方法,材料和工藝上的挑戰接近CEPC。可以考慮SZFCEPC物理目標融合優化,將SZF納入CEPC項目規劃中。但由于SZF的亮度要求比CEPC高約量級,能量則僅是CEPC1/3強、兼顧二者,在加速器和探測器的設計上將面臨極大的挑戰。

由于要和先進的同步輻射光源兼容,HIEPA在加速器,探測器的設計和建造方面也極具挑戰。對建造HIEPA,我國有較成熟的專家隊伍和相關技術。從時間跨度上看,HIEPA項目也比高能量前沿的CEPC預研和建設周期短,將是BEPC-II/BES-III物理的自然延續和提高。

通過研討,與會者認同中國高能物理學界應該盡快形成具有共識的發展路線圖,對外發出一致聲音。以上各項目應加緊預研,細致紮實做好各方面研究工作,時刻做好准備,並進一步對其造價進行更准確的估算。在不斷推進研究的過程中確定如何整體布局、兼顧融合、分工合作。要極力避免由于首選項目不成功而造成中國基于加速器的高能物理斷線的局面。建議分會成立監督委員會,定期監督評估各項目的進展情況,根據階段性進展確定下一步的規劃。高能物理學界應該同心協力,力推首選、並爭取得到中國科學界的認同和國家的支持;同時要保障和充分利用BESII/BEPCII装置在今后若干年的正常运行和物理成果、并及时进行其升级改造及新一代该能区的超級正负电子对撞机关键技术的预研,以保障我国高能物理持续发展。

這次戰略研討會爲2016824日中國物理學會高能物理分會常務委員擴大會議形成“中國物理學會高能物理分會關于基于加速器的中國高能物理未來發展的意見”提供了重要的依據。

 

中國物理學會高能物理分會

2016912

 

学会秘书:赵明珠 联系电话:010-88235479 邮箱:zhaomz@ihep.ac.cn