中国的科学家计划建一个新的粒子对撞机,以前所未有的细节来测试粒子物理的标准模型。
根据参与该项目的科学家,这个价值45亿人民币(约合61.8亿美元)的超级Tau-Charm设施(Super Tau-Charm Facility,STCF)的关键技术正在开发中,三年后可以开始建设。
一旦建设好并投入运行,这个对撞机将产生大量的亚原子粒子,即tau轻子和charm夸克亚原子粒子,以更好地理解它们是如何组合成更大的物质结构的。
中国科学技术大学的项目首席科学家赵正国在周一对中国科学日报说,“STCF将使中国在未来几十年里的tau量子物理,及相关技术领域领先世界”。
他还说,新的粒子对撞机,还将解决一些前沿尖端科学问题,例如强相互作用的本质,以及为什么宇宙是由物质而不是反物质主导的。
与自1990年以来一直在运行的北京电子正电子对撞机(BEPC)一样,STCF首先将电子和它们的反粒子,即正电子,加速到接近光速,然后将它们撞击在一起,生成各种亚原子粒子。
这些亚原子粒子的轨迹、能量和电荷由所谓的谱仪记录,以帮助科学家重构反应过程。
多年来,BEPC使来自世界各地的科学家做出了重要发现,包括在1990年代首次精确测量了tau的质量。
最近,它被用来研究似乎包含四个或更多夸克的粒子,而根据标准模型,夸克通常是成对或三个出现的。
然而,赵正国说,BEPC位于中国首都的位置限制了它进一步扩展到下一级精度的潜力,而计划在中国南部建设的STCF被提议作为BEPC的自然延伸。
与北京现有的tau-charm工厂相比,STCF将具有类似的设计,但大小将增加一倍以上,根据今年三月发布的概念设计报告。
该报告是由来自中国、美国、俄罗斯、韩国和几个欧洲国家的科学家共同撰写的。
报告说,其线性加速器将长400米,用于储存电子和正电子的两个环将各自约有800米的周长。
据国际团队称,超级 Tau-Charm 设施将使碰撞率提高多达一百倍。
这意味着它在短短三天内就能收集到 BEPC 一年才能收集到的数据量。
他们说,新的对撞机还将开辟一个以前从未直接研究过的新能源领域,打开通往未知领域的大门,甚至超越标准模型的新物理学。
为了在STCF内实现精确控制的碰撞,赵正国和他的团队一直在开发诸如高功率电子和正电子源、超导磁体、高精度探测器和超快/超弱信号读出电子器件等关键技术。
赵正国说,他们希望在2025年底前完成这些技术的开发,并在第十五个五年计划期间(2026-2030)建设对撞机。
他透露,该团队已经从当地政府那里获得了4.2亿元人民币的资金,用于解决关键技术。
可能用于安置STCF的地点包括:
1. 安徽省的合肥
2. 浙江省的绍兴
3. 河南省的郑州
STCF的建设最终必须得到中国发改会的批准。
它还可能面临来自一个更加雄心勃勃的国内提案的竞争,即循环电子正电子对撞机,这将是一个由中国主导、具有100公里对撞环的下一代希格斯工厂(Higgs factory)。
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