當(dāng)?shù)貢r間8月1日，歐洲核子研究中心(CERN)官網(wǎng)刊文透露，大型強子對撞機(LHC)的下一代“繼任者”——高亮度大型強子對撞機項目的升級工作正在進(jìn)行。
高亮度LHC項目預(yù)計從2026年正式開始運行，其亮度將比LHC提升5到10倍，從而大大提升LHC的性能。
據(jù)CERN官網(wǎng)介紹，2013年，高亮度LHC項目被歐洲粒子物理戰(zhàn)略列為首要優(yōu)先項目。按照目前CERN的預(yù)算，從2015年到2026年期間，高亮度LHC的設(shè)備預(yù)算是9.5億瑞士法郎，折合人民幣約67億元。
數(shù)據(jù)采集能力將提升數(shù)倍
“對撞機的亮度是指，兩個束團(tuán)發(fā)生對撞，每秒每平方厘米粒子發(fā)生對撞的數(shù)量。”中科院高能物理研究所研究員、環(huán)形正負(fù)電子對撞機(CEPC)加速器負(fù)責(zé)人高杰接受科技日報記者采訪時介紹。
除了質(zhì)心對撞能量，亮度也是對撞機性能的重要指標(biāo)之一。
華中師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授、LHCb中國組成員謝躍紅告訴科技日報記者，亮度提升意味著在相同條件下、同樣時間里發(fā)生的質(zhì)子-質(zhì)子反應(yīng)次數(shù)增加，因而能夠提供更多的實驗數(shù)據(jù)用于物理研究。
“如果LHC的亮度提高5到10倍，那么原則上高亮度LHC的數(shù)據(jù)采集能力也需提升5到10倍。”高杰告訴科技日報記者。
高杰分析，高能實驗物理依賴實驗數(shù)據(jù)高速采集和海量存儲，實驗物理學(xué)家需要采集到足夠的實驗數(shù)據(jù)量并對相關(guān)物理現(xiàn)象進(jìn)行分析、研究并與理論預(yù)期結(jié)果進(jìn)行比較。亮度提高而引起的實驗數(shù)據(jù)量的大幅增長，意味著LHC目前沒辦法開展的很多研究，未來將能夠在高亮度LHC上進(jìn)行，盡管高亮度LHC的對撞能量與LHC相同。
“配合相應(yīng)的探測器升級，高亮度LHC將極大提升新科學(xué)發(fā)現(xiàn)的潛力。”謝躍紅介紹，為達(dá)到亮度提升的目標(biāo)，高亮度LHC將在低溫超導(dǎo)、真空、束流控制等方面采用大量先進(jìn)技術(shù)，壓縮對撞點束團(tuán)尺寸以提高對撞束團(tuán)密度。
據(jù)CERN官網(wǎng)透露，高亮度LHC項目于2018年4月正式開始工程建設(shè)。目前高亮度LHC項目施工地點包括LHC1號實驗點和5號實驗點，分別位于瑞士的梅漢和法國的塞希。
精細(xì)測量“上帝粒子”是任務(wù)之一
“高亮度LHC產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)將為多個研究領(lǐng)域帶來巨大機遇，甚至有可能取得新的發(fā)現(xiàn)，其中包括超標(biāo)準(zhǔn)模型新粒子和新相互作用的尋找、電弱物理的精確測量、希格斯粒子性質(zhì)的研究、正反物質(zhì)不對稱性的研究、強子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)研究等。”謝躍紅告訴科技日報記者。
以有著“上帝粒子”之稱的希格斯粒子為例，謝躍紅介紹，繼2012年科學(xué)家在LHC上發(fā)現(xiàn)希格斯粒子后，利用高亮度LHC來繼續(xù)研究希格斯粒子的性質(zhì)和尋找超標(biāo)準(zhǔn)模型新物理成為順理成章的選擇。
據(jù)CERN官網(wǎng)介紹，2017年LHC通過質(zhì)子-質(zhì)子對撞產(chǎn)生了大約300萬個希格斯粒子。而高亮度LHC預(yù)計每年將產(chǎn)生至少1500萬個希格斯粒子。
“發(fā)現(xiàn)‘上帝粒子’，只是開始，而不是結(jié)束。”高杰解釋說，希格斯粒子是標(biāo)準(zhǔn)模型中唯一可以和宇宙內(nèi)一切有質(zhì)量的物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)的粒子，其中既包括物質(zhì)粒子，也包括暗物質(zhì)。因此，精細(xì)測量希格斯粒子有助于精確研究物質(zhì)深層次結(jié)構(gòu)，也有可能成為發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)世界的重要窗口和途徑。
高杰告訴科技日報記者，國際上提出的其他下一代大型對撞機項目包括由中國物理學(xué)家提出的CEPC、日本政府正積極爭取的國際直線對撞機(ILC)項目及CERN規(guī)劃中的未來環(huán)形對撞機(FCCee)。在這些項目建成以前，高亮度LHC仍將是高能物理研究領(lǐng)域的重要研究工具和平臺。
談到中國科學(xué)家所參與的LHCb國際合作實驗，謝躍紅介紹，高亮度LHC時代的LHCb實驗對檢驗標(biāo)準(zhǔn)模型和間接尋找新物理具有極其重要的作用，同時還將為深入研究強子結(jié)構(gòu)和強相互作用性質(zhì)提供巨大機遇。
記者 劉園園
來源：科技日報 文中圖片來自網(wǎng)絡(luò)
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