|
重大科技工程 高杰：高能环形正负电子对撞机（CEPC）项目取得标志性进展 李娜 科技导报社，北京 100081 收稿日期：2018-09-26；修回日期：2018-10-12 作者简介：李娜，编辑，研究方向为科技传播，电子信箱：lina@cast.org.cn 2018年11月14日，高能环形正负电子对撞机（CEPC）《概念设计报告》（Conceptual Design Report，CDR）正式发布。该报告分为《加速器卷》和《探测器与物理卷》，负责《加速器卷》的中国科学院高能物理研究所研究员高杰（图1）表示，这是CEPC项目重要的历史性和标志性进展。
众所周知，2016年，知名物理学家、诺贝尔物理学奖获得者杨振宁与中国科学院高能物理研究所所长王贻芳，曾就中国是否应该建设大型粒子对撞机在媒体展开争论，并引起广泛关注。现在大型粒子对撞机的基础研究进展如何？《科技导报》（以下简称《科》）就此采访了高杰（以下简称高）。 《科》：CEPC《概念设计报告》正式发布了，作为其中《加速器卷》的负责人，请介绍一下加速器在对撞机中的地位，以及在整个设计过程中，你和同事们经历了什么样的方案选择过程？ 高：加速器是对撞机的核心系统，加速器系统与探测器系统构成完整的对撞机。2012年，科学家发现了希格斯粒子，也就是所谓的“上帝粒子”，它是宇宙标准模型粒子列表中曾经缺失的最后一个粒子。虽然是基本粒子，但希格斯粒子的独特之处是，除了可以给予其他标准模型中的基本粒子以质量，还可能同宇宙目前未知的与质量有关的部分进行相互作用。所以，利用希格斯粒子可以进一步探索未知的物质世界和宇宙。除了标准模型中所描述的物质世界，还将探索标准模型之外的物质世界，例如暗物质。 在CEPC加速器的概念设计过程中，我们一直坚持一条清晰的设计思路和设计路线，即通过认真、扎实和创新性的研究，逐渐确立和完成基准设计方案。我们的目标是找到性价比最高的方案，因此，设计团队首先从单环对撞机开始摸起，对在设计过程中所遇到的物理与技术问题逐一进行细致研究，当发现设计目标与所研究方案之间出现问题时，及时地提出新的设计思路和创新型设计方案，再进行研究、论证并找到各个方案所对应的制约因素和亮度极限。因此，在CEPC加速器概念设计报告阶段中历经了“单环麻花轨道方案”“带Crab-Waist对撞的局部双环方案”“带Crab-Waist对撞的先进局部双环方案”“带Crab-Waist对撞的全局部双环方案”。经过比对，不同方案的亮度极限与设计目标，最终于2017年1月14日确定以“带Crab-Waist对撞的全局部双环方案”设计为基准设计，“带CrabWaist对撞的先进局部双环方案”为备选。上述的研究过程和方案确定过程被记录在2017年4月发布的CEPC进展报告中。2017年11月4—5日，对CEPC加速器概念设计报告进行了预国际评估，并在2018年6月28—30日对CEPC加速器概念设计报告进行了正式的国际评估。 《科》：CEPC加速器的《概念设计报告》国际评估情况如何？ 高：CEPC加速器概念设计报告国际评估委员会由15名专家组成，主席是来自欧洲核子中心的Katsunobu Oide教授，他也是欧洲核子中心未来要建设的100 km周长的正负电子对撞机加速器设计负责人，其他来自世界各大实验室的评委也都是国际加速器领域的知名专家。 CEPC加速器概念设计报告得到了国际评估专家的一致认可，评估委员会对CEPC设计工作中取得的令人瞩目的进展给予了肯定，并对概念设计报告的完成表示祝贺，认为“CEPC加速器概念设计报告已经达到成熟水平，可被批准进入技术设计报告阶段”。 《科》：CEPC《概念设计报告》正式发布，对于CEPC的研究和建设来说意味着什么？ 高：CEPC在概念设计报告完成前处于设计研究阶段，分别在2016年和2018年获得科学技术部支持的2期预研经费，每期均为3000多万元。在国家科学技术部以及其他机构与单位（如国家自然科学基金委、中国科学院、北京市科学技术委员会和王贻芳院士科学家工作室等）的经费支持下，CEPC预研和国际合作研究进展顺利。在CEPC概念设计期间，CEPC关键技术研究、CEPC土建设计及选址工作、国际合作、人才培养与队伍建立等方面均进展顺利。为了推进CEPC关键技术预研、产业化准备及促进CEPC预研中所产生的高新技术向相关企业进行技术转移，2017年11月7日，成立了CEPC产业促进会（CEPC Industrial Promotion Consortium，CIPC）。CEPC加速器概念设计报告的正式发布是一项重要的历史性和标志性进展，这意味着工作可以进入下一个CEPC加速器技术设计阶段，也就是到2022年完成CEPC的技术设计报告（Technical Design Report，TDR）。届时，CEPC加速器的优化设计、关键技术预研和产业化准备工作就完成了；如果CEPC能在完成TDR后获准建设，CEPC就可以开始施工开建，并于2030年左右建成。 《科》：现在CEPC正在争取的建设路径是什么样的？ 高：2015年10月，中国共产党十八届五中全会公报中提出，中国将“积极牵头组织国际大科学计划和大科学工程”。2018年1月，习近平主席主持召开的中央全面深化改革领导小组第二次会议上审议通过了《积极牵头组织国际大科学计划和大科学工程方案》；2018年3月，国务院正式对外公布了这一方案，为CEPC这样的关于物质科学的大科学工程的培育、评估、审批和建设铺平了政策道路。按照方案部署，到2020年，国家将培育3~5个大科学计划和大科学工程，待培育成熟之后再从中选择1~2个项目实施建设。目前，CEPC的首要目标是争取先进入培育阶段，并希望通过坚实的研究工作，最后能够进入实施阶段。 《科》：能介绍一下对撞机选址的相关情况吗？ 高：现在到2030年是一个非常重要的战略机遇窗口期。为了保证工作顺利按照规划的节奏完成，每一步工作都设置了明确的时间节点，CEPC概念设计与选址工作一直在同步进行。 具体到选址考虑的因素，首要的就是地质条件。建设大型对撞机要有好的地质基础，比如要有稳定的岩石，要能承受一定级数地震的烈度、震动频率和幅度，地下水的情况也得满足要求，要有充足的水、电力等资源；在满足地质条件的前提下，还需要有一个很好的社情环境，有利于建设一个10万人居住的高水平国际化科学城。目前，已经考察了河北秦皇岛、陕西黄陵县、深汕特别合作区、浙江湖州、河北雄安地区以及吉林长春等，在地方政府的大力支持下，在一些选址地进行了较为深入的地质勘探，这些选址地的地质条件完全满足工程建设要求。 《科》：2018年年底，日本将决定是否建设国际直线对撞机（ILC），你作为国际直线对撞机亚洲指导委员会的主席和国际直线对撞机理事会理事，能否介绍一下ILC的背景情况及ILC与CEPC的关系？ 高：2007年8月，国际未来加速器委员会（ICFA）决定直线对撞机将采用超导加速器技术，同时，未来直线对撞机将作为全球国际合作项目，因此超导型取名国际直线对撞机（International Linear Collider，ILC）。ILC全球设计团队于2005年成立，负责人为Barry Barish教授（Barry Barish因发现引力波而获2013年诺贝尔物理学奖）。2013年6月，ILC全球设计团队完成技术设计报告（TDR）。目前直线对撞机国际合作组（Linear Collider Collabration，LCC）由来自欧洲核子中心的Lyn Evans教授（欧洲大型强子对撞机加速器负责人，于2012年7月发现希格斯玻色子）负责。2017年，日本高能物理协会建议ILC从希格斯粒子能区开始建设，称为ILC 250 GeV希格斯粒子工厂。2019年，欧洲要制定高能物理未来5年发展战略。欧洲战略将视日本政府的表态，来决定是否继续将ILC纳入未来5年高能物理发展战略之中。因此，日本政府需要对ILC的建设作出明确表态。 我个人感觉，日本同意建造ILC 250 GeV的可能性很大。ILC将是世界最大的超导直线加速器，ILC 250 GeV总长度20 km，核心技术是工作在2 K下的1.3 GHz超导加速器技术，ILC质心能量有提升到1 TeV的潜力，这是ILC的主要优势。但是，ILC只有一个对撞点，并且只有一个可以进行试验的探测器，同时在Z和W能区亮度低，不具竞争力，这些是ILC的劣势。 CEPC是环形对撞机，可同时具有多个对撞点（CDR设计中采用两个）和探测器，除了在希格斯粒子能量处的亮度高，在Z和W低能区也具有更高的亮度，同时，在CEPC实验结束后，尽管正负电子的对撞能量原则上不会超过350 GeV（这是CEPC相对ILC的劣势），但可以在同一隧道里建造一台超级质子对撞机（Super proton proton Collider，SppC），并有在其后进行电子质子对撞等的可能性。因此，粒子种类和物理研究的丰富性和发展潜力巨大，这些构成CEPC的独特优势，可与ILC互补。 总之，2018年无论对于CEPC、ILC还是国际高能物理发展史来说，都是一个具有重要历史意义的里程碑之年。 （责任编辑 王丽娜） |
