環形正負電子對撞機產業聯盟成立 已取得多項成果_風聞

備受矚目的環形正負電子對撞機（CEPC）迎來最新動態。在近日線上舉行的“基礎科學促進可持續發展國際沙龍”科普活動上，中國科學院院士、中國科學院高能物理研究所所長王貽芳透露，CEPC產業聯盟已經成立，有70多家高新區技術企業參加，共同開展技術研發，牽引相關高技術發展。

環形正負電子對撞機CEPC是中國高能物理學界於2012年在國際上率先提議建造的下一代大型正負電子對撞機大科學裝置，用於替換即將到達預期壽命的北京正負電子對撞機，CEPC一期項目預估投入400億元。該項目在論證期間受到了楊振寧的反對，但是項目一直在推進中。

經過CEPC項目各項關鍵技術的積極預研，中國高能物理學界於2018年正式發佈了CEPC的概念設計報告。

CEPC項目建設分為地下、地表兩部分。地下項目主體為一個長度50～100km、埋深約為100m、直徑約為6.5m的環形隧道及附屬隧道，同時，隧道沿線將建造4個實驗大廳及若干伺服大廳。地上項目的建設包括一個面積約為5000畝的國際科學城，以及若干個百畝量級的實驗分部。地下實驗大廳與地表部分將通過若干直徑約為15m的豎井相連，以安裝對撞機和探測器。同時，隧道沿線也將建造若干垂直豎井，以安裝相應伺服設備。初步擬選址區位於深汕特別合作區中部和汕尾市、惠東縣東部，以低山區為主，地勢總體北部高、南部低，南鄰紅海灣，地貌高差相對較大，一般20～800m，最高峯蓮花山達1336m，南部高程10m以下，地勢總體北西向東南傾斜。該區屬亞熱帶海洋性氣候，年平均温度為22.8℃，平均全年雨量2214.3mm，雨量最多月份是8月，雨量最少月份是1月。

CEPC-SPPC有兩個工作階段，第一階段用做環形正負電子對撞機（CEPC），第二階段則是將其升級為超級質子對撞機（SPPC）。正負電子對撞機有本底低且初態精確可調的特點，而CEPC的質心能量可以輕鬆達到Higgs粒子的產生閾值（~240 GeV）進而產生大量的乾淨Higgs粒子（Higgs工廠），利用CEPC，人們可以對Higgs粒子以及其他的標準模型粒子（比如Z粒子）進行精確測量，從而搜索出新物理的蛛絲馬跡乃至預言新物理能標。另一方面，超級質子對撞機能夠達到的質心能量比目前實驗上的最高水平大接近一個量級，可以對高達50或更高的 TeV的能區進行直接搜索。

目前，中國計量大學在CEPC閃爍玻璃研究取得重要進展，閃爍玻璃是CEPC量能器的重要預備方案之一。閃爍玻璃合作組（Large Area Glass Scintillator Collaboration），是為滿足新一代超高能量粒子物理實驗CEPC對新型閃爍玻璃的需求，由中國科學院高能物理研究所牽頭，國內高校、研究所和企業聯合成立的產學研合作組，經過合作組的不懈努力，閃爍玻璃各項研發指標已經取得了突破進展。中國計量大學秦來順和陳達教授科研團隊聯合閃爍玻璃合作組，獲得了發光量子產率高達35%的Sn2+玻璃，超過目前文獻報道，並進一步獲得了光產額達1206 ph/MeV的鈰離子摻雜釓鋁硅酸鹽閃爍玻璃。

2022年10月19日-11月2日，中外科學家運行環形正負電子對撞機（CEPC）高顆粒度電磁量能器和強子量能器樣機，在歐洲核子研究中心（CERN）超級質子同步加速器（SPS）的 H8束流線上進行了為期兩週的高能粒子束流測試實驗。

CEPC量能器樣機設計基於塑料閃爍體和硅光電倍增管讀出，具有超高的顆粒度，能夠對高能粒子的簇射進行四維成像（X,Y,Z,E），同時兼顧時間測量等功能。CEPC電磁量能器樣機（ScW-ECAL）靈敏層尺寸為21×21cm2, 共32層靈敏層組成，共計6720個電子學讀出通道，靈敏單元有效顆粒度為5×5mm2。宇宙線測試結果表明量能器各層的位置分辨率好於2mm。CEPC電磁量能器樣機是國際上首台基於塑料閃爍體和硅光電倍增管方案的技術樣機。

強子量能器樣機的靈敏單元顆粒度為4×4cm2塑料閃爍體，由硅光電倍增管進行讀出，樣機共有40層靈敏層（尺寸為72×72cm2），共計12960個電子學讀出通道。樣機採用了兩種硅光電倍增管，包括日本濱松(S14160-1315P) 和北京師範大學研製的國產器件(NDL-22-1313-15S)。樣機研製過程中團隊採用注塑成型技術、設計和製作了塑料閃爍體反射膜自動包裝機、塑料閃爍體批量測試平台和硅光電倍增管批量測試平台等[4]。“SiPM-on-Tile”的HBU設計顯著提升了組件自動包裝集成，可擴展性強。

電磁量能器和強子量能器樣機在CERN束流現場安裝過程

利用CERN SPS H8束流線提供的10～120 GeV的電子和強子，160 GeV的繆子，本次束流測試針對CEPC電磁量能器和強子量能器兩個樣機的能量線性、能量分辨等關鍵指標進行了系統性測試。參與CERN束流測試的人員和探測器見圖三所示。

束流實驗期間共獲取超過2500萬高能粒子事例，其中典型的電子、繆子和強子在量能器中簇射事例顯示參見圖四所示。這些高能粒子事例將為後續詳細開展粒子流量能器樣機性能的研究提供了重要實驗數據。

通過樣機研製，團隊掌握了基於粒子流算法的高顆粒度量能器關鍵技術，包括閃爍體靈敏單元的批量製作和測試技術、靈敏層模塊化組裝技術、嵌入式前端讀出電子學集成、大規模SiPM監測和刻度、散熱模擬和監測技術、以及量能器系統集成等技術。高能物理研究所研究員，CEPC項目主任婁辛丑指出該樣機是國內首次研製的粒子流量能器，達到國際先進水平。本次束流實驗成功為未來CEPC實驗準備了技術基礎，為將來大規模批量研製積累了寶貴的經驗並奠定了堅實的基礎。

束流測試人員和探測器，來自中國科學院高能物理研究所、中國科學技術大學、上海交通大學、日本東京大學、日本信州大學及以色列威茨曼科學研究所共23位師生參加了本次束流測試。

左起——中國科學技術大學沈仲弢副教授，高能物理研究所劉勇青年研究員，上海交通大學楊海軍教授，高能物理研究所Joao da Costa研究員，中國科學技術大學張雲龍特任教授。

上海交通大學物理與天文學院和李政道研究所的楊海軍教授擔任CEPC項目副主任（Deputy Project Director），科技部國家重點研發計劃“環形正負電子對撞機關鍵技術預研究”項目“探測器關鍵技術預研”課題負責人，主持國家自然科學基金委國際合作與交流（NSFC-ISF）“面向未來粒子物理實驗並基於粒子流算法的量能器預研”項目，並全程參與CEPC量能器樣機在CERN的束流實驗。李政道研究所李政道學者李數、博士後段豔雲（已出站）和Francois Lagarde是項目的骨幹成員，研究生王震和宋思遠等深度參與了強子量能器樣機研製和CERN束流實驗。上海交通大學團隊主要負責強子量能器樣機塑料閃爍體和硅光電倍增管的性能測試、樣機散熱模擬和事例圖形展示等，參與樣機組裝和聯調，束流實驗和現場數據分析等。