從三篇舊聞看“大型對撞機”_風聞

中科院高能所回答“CEPC上可能實現的重大突破是什麼” ？

如果CEPC發現了新物理的跡象，可以在同一隧道中建設質子對撞機，直接尋找新物理 ，50年的發展計劃，50年的世界領先

●      CEPC的科學目標不是直接尋找超對稱，而是對Higgs的性質及其他標準模型的參數做精密測量，通過尋找與標準模型不一致的地方，間接發現新物理

●      模型無關的分析，特別是希格斯質量的自然性問題告訴我們新物理大概會出現在1-10 TeV

●      目前已知的標準模型的問題，包括質量等級，真空不穩定、沒有暗物質粒子、中微子（質量）、希格斯粒子自耦合問題等，都跟希格斯粒子有關。

●      希格斯粒子的仔細研究是粒子物理研究必不可少的一步

●  CEPC可以最精確地測量希格斯粒子，做出重大科學發現；CEPC可以把Z,W粒子的測量精度提高1-2數量級，和希格斯一起，全方位、最高精度地檢驗標準模型，尋找新物理，實現重大突破。

《大型對撞機，美歐日如何取捨？》2016年09月14日 來源：文匯報

       近日，關於中國是否應主導建設大型對撞機的問題成為科學界爭論焦點。全球範圍內，對於這樣一種高投入設施，即使是經濟富裕、重視科研的歐美和日本，也都慎之又慎。

　　支持者認為，新一代對撞機將成為引領全球粒子物理研究的“王牌”。然而，這注定是一場“燒錢”的競爭。鉅額投入與尚不明朗的研究前景，讓各國掂量再三。

　　歐洲:謹慎決定未來方向

　　歐洲擁有全球最大、能量最高的粒子加速器———大型強子對撞機(LHC)，其質子對撞能量為14TeV(萬億電子伏特)，軌道長度27公里，有來自30多個國家的超過2000名物理學家參與。LHC所在的瑞士與法國交界地區已發展為匯聚全球研究者的科學中心，100多位中國研究者在那裏工作。

　　2012年，科學家宣佈利用LHC發現了被稱為“上帝粒子”的希格斯玻色子，完成了粒子物理所謂的“標準模型”。然而，LHC目前已經達到其設計能量，要進一步尋找新粒子，需建設能量和精度更高的機器。

　　負責運營LHC的歐洲核子研究中心(CERN)發言人阿諾·馬爾索利耶接受新華社記者專訪時説，未來10年LHC將進行大規模升級，並運行至2035年，屆時產生的對撞能量將是現在的數倍。此後，CERN計劃建設對撞能量達100TeV的新一代環形　(質子)對撞機，軌道總長將達100公里。

　　“但在任何關於新對撞機的決定敲定前，我們需要積累更多來自LHC的結果，這些結果將決定未來選擇的方向，”馬爾索利耶説。今年8月5日，CERN在美國芝加哥召開的國際高能物理大會上宣佈，去年12月LHC疑似發現比希格斯玻色子更重粒子的跡象只是實驗數據失誤。這令物理學家們極為失望，也讓能否發現超越“標準模型”的新物理的前景更加不明。為此，CERN正在研究“多種選擇”。

　　英國《自然》雜誌認為，直到本世紀30年代中期，CERN都將忙於提高LHC的質子束密度而非增強能量。

日本:注重“經濟實用”

　　日本已經完成了下一代大型對撞機的初步工程設計，並得到美國能源部和CERN的支持。與歐洲不同，日本選擇建設更加“經濟實用”的直線對撞機。

　　日本高能加速器研究機構(KEK)岡田安弘接受新華社專訪時介紹，日本研究界一直在向政府建議由日本主導國際直線對撞機(ILC)計劃。

　　岡田安弘説，ILC將在總長約31公里的地下隧道開展正負電子對撞，雖然對撞能量僅為1TeV，卻可更好地分析對撞後新粒子特性，在精密測定希格斯粒子、探尋新物理方面的能力遠超LHC，還可在發現暗物質粒子方面加強同LHC的互補性研究。ILC造價約78億美元，日本巖手縣及宮城縣被列為候選建設地，預計將於本世紀20年代後期開始運轉。

　　不過，文部科學省下設的專家小組對媒體表示，日本將等到2018年歐洲的LHC首次最大能量運行後再作決定。日方也在研究經費的相關風險。岡田安弘説，日本的出資比例還需通過政府間交涉決定。由日本文部科學省和美國能源部組成的聯合小組正在討論如何降低ILC開支，認為造價還可降低15%。

　　美國:主動放棄“燒錢”競爭

　　美國超導超級加速器(SSC)建設項目在上世紀的“夭折”，是美國科學史上的傷心往事。美國從大型對撞機競爭中“出局”，此後也未就開建新一代大型對撞機有新規劃。

　　在SSC項目選址地得克薩斯州愛麗絲，已建成的22.5公里的地下隧道被棄。美國物理學會會士韓濤對新華社記者説:“宣佈終止SSC讓高能物理研究的中心從美國移到歐洲。”SSC對撞能量達40TeV。然而該項目經過幾年建設，在完成了約20%、花掉了20億美元后於1993年被美國國會取消。

　　當年美國物理學界分為兩派，反對建設方主要擔心對撞機擠佔其他基礎科學研究經費，影響力最大的聲音來自諾貝爾獎得主菲利普·安德森。

　　菲利普·安德森在接受新華社記者專訪時説:“我認為反對建設超級對撞機終究還是對的。”他認為，粒子物理學家太執著於高能量對撞這個代價極大的單一研究方式，而忽略了其他重要的實驗事實(比如暗能量、暗物質等問題)比追逐高能量還有意義。

　　如今，美國最高能量的對撞機是始建於1983年的費米實驗室的加速器Tevatron，對撞能量為1.96TeV。美國更寄望通過中微子研究揭示“標準模型”外的秘密。費米實驗室計劃耗資10億美元建造長基線中微子設施，成為世界中微子研究的領導者。

　　一些研究者認為，目前處在觀望階段的日本、歐洲和尚無計劃的美國會給中國建設大型對撞機帶來難得的十年“窗口期”，中國的經濟基礎和科技決策機制在推行大科學項目上更具優勢;但反對者認為中國並不具備歐洲多年的技術積累、人員合作基礎和完備的配套基礎設施，也沒有日本的“差異化”競爭策略。

《環形正負電子對撞機<概念設計報告>》2018年11月16日 來源：光明日報

　　光明日報北京11月15日電（記者齊芳）環形正負電子對撞機（CircularElectron Positron Collider， CEPC）研究工作組14日在京正式發佈CEPC的兩卷《概念設計報告》，分別是《加速器卷》和《探測器和物理卷》。

　　CEPC是由中國高能物理學家於2012年提出的一項大型國際合作項目，這一大型科學裝置擬採用100公里周長的對撞機環形隧道，至少會有兩台探測器同時進行科學實驗。

　　中國科學院高能物理研究所所長、CEPC指導委員會主席王貽芳院士介紹，《加速器卷》介紹了加速器整體設計，包括直線加速器、阻尼環、增強器和對撞機。另外，還介紹了低温系統、土木工程、輻射防護等一系列重要支撐設施，以及討論了CEPC升級的可能選項。《探測器和物理卷》展示了CEPC的物理潛力，介紹了探測器的設計概念及其關鍵技術選項，重點對CEPC的探測器和物理研究做了深入評估，並討論了未來探測器研發和物理研究的初步計劃。

　　王貽芳表示，在CEPC的建設之前，必須以《概念設計報告》為基礎完成關鍵技術預研，項目團隊計劃於2018年至2022年間建成一系列關鍵部件原型機，驗證技術和大規模工業加工的可行性。

　　儘管CEPC還未通過國家立項，但CEPC團隊希望能夠在“十四五”期間開始建設，並於2030年前竣工。王貽芳説：“CEPC初步實驗計劃是在質心能量240GeV處運行7年來研究希格斯玻色子，隨後2年在91GeV處運行用來研究Z玻色子和重味物理，另外計劃一年時間在160GeV附近研究W玻色子物理。CEPC未來可能發展方向之一是升級為一個超級質子、質子對撞機，質心能量將達到100TeV，可以在大範圍內直接尋找新的物理現象和物理規律。”

　　國際未來加速器委員會和亞洲未來加速器委員會主席、墨爾本大學教授喬福瑞·泰勒評價：“這是CEPC這樣一個用於基礎研究的大型科學裝置的重要發展里程碑”，“毫無疑問，國際高能物理界非常希望參加CEPC的研發和將來的科學實驗，這將會大大促進對物質最基本組成單元的進一步理解。”

《大型環形對撞機：中國CEPC“對撞”歐洲FCC》2019年02月15日 來源：科技日報

       2月14日18時，王貽芳院士登上了飛往美國華盛頓的航班。他是要參加美國科學促進會年會,並在大型科學研究設施的全球合作分會上，介紹中國科學家的觀點。全球化不僅在經濟領域，在科學研究上也很重要，特別是在大型科學研究設施上。

       作為中科院高能物理所所長，王貽芳是大型環形正負電子對撞機（CEPC）的主要提出者和推動者。當國內還在質疑這樣的大型環形對撞機在科學上是否必要、300億元的預算是否太高、工程的技術方案是否可行時，歐洲核子研究中心（以下簡稱歐核）在春節前夕公佈了他們的未來環形對撞機（FCC）的《概念設計報告》，計劃投巨資分兩步建設下一代的超級對撞機。

       2012年，中國高能物理學家提出了CEPC計劃。然而，計劃甫一提出，就在科學界掀起軒然大波。支持者主張超級對撞機是中國高能物理學的一個重大歷史機遇，一個能夠領跑世界的機會；反對者認為建超級對撞機耗資巨大，性價比不高，在國家科研經費投入總體相對穩定的情況下，這樣的工程將會擠佔其它研究的份額。

       去年11月14日，有上千名世界各國科學家參與的、用時6年的中國CEPC《概念設計報告》完成。

       對比中歐方案，可以發現，歐核的FCC與中國的CEPC大同小異：都是周長100公里，都走先電子對撞後質子加速的技術路線。當然，兩者的造價不一樣，中國的全部費用約為歐核費用的一半左右。中國CEPC的一期工程計劃2030年完成，二期工程計劃2040年完成；而歐核的FCC一期工程計劃在2040年前後完成，二期計劃能在2050年代後期投入使用。前後相差基本都是10年。

       王貽芳在接受科技日報記者獨家專訪時説，在工作模式上，歐核的FCC是從低能到高能逐漸增加，而中國的CEPC則可以做到高能低能隨時切換。“我覺得CEPC的工作模式更好一些，可以根據不同的科學目標，靈活選擇不同的工作模式。而FCC的工作模式卻是固定的。”

       王貽芳認為，到目前為止，我們還沒有與其他國家和地區在最熱門和關鍵的大科學裝置上開展過直接競爭，我們更多地是在做填補空白和拾遺補缺的工作。“建設超級對撞機，對中國高能物理來説是一次重大機遇。我們有10年的窗口期，有非常大的把握取得成功，可能改變世界高能物理研究的格局。如果錯過這個機遇，我們就只能繼續做拾遺補缺的工作了。”

       此次公佈的歐核方案進一步驗證了中國方案的可行性。中國的CEPC計劃在國際上首先提出了先電子對撞再過渡到質子對撞這一大型環形對撞機的方案。但這一路徑當時並沒有得到全球科學家，特別是歐核的認同。“2012年之前，高能物理學家都認為高能加速器未來的發展趨勢是直線對撞機，我們提出建設環形對撞機以後，在歐核內部引發了激烈辯論，最後他們才決定把環形對撞機作為發展超級對撞機的參考。”王貽芳説，歐核最初選擇的路徑是質子對撞機，而不是作為第一步的電子對撞機。

       經過5年多的研究，大家逐漸認識到，先電子後質子，無論從科學上還是從技術上，都是最可行的方案。歐核的FCC方案最終也選擇了此路線。這從科學和技術兩方面證明了中國CEPC設計方案的正確性。

       規模大，投資高，但科學前景光明。建還是不建，這是分別擺在中國和歐盟面前的一道選擇題。