首頁 >快訊 >

歐洲大型強子對撞機正進行重大升級 精細測量“上帝粒子”是任務之一

當?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行。

高亮度LHC項目預計從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的預算,從2015年到2026年期間,高亮度LHC的設(shè)備預算是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)形正負電子對撞機(CEPC)加速器負責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之一。

華中師范大學物理科學與技術(shù)學院教授、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)象進行分析、研究并與理論預期結(jié)果進行比較。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上進行,盡管高亮度LHC的對撞能量與LHC相同。

“配合相應的探測器升級,高亮度LHC將極大提升新科學發(fā)現(xiàn)的潛力。”謝躍紅介紹,為達到亮度提升的目標,高亮度LHC將在低溫超導、真空、束流控制等方面采用大量先進技術(shù),壓縮對撞點束團尺寸以提高對撞束團密度。

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。

精細測量“上帝粒子”是任務之一

“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),其中包括超標準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)和尋找超標準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,希格斯粒子是標準模型中唯一可以和宇宙內(nèi)一切有質(zhì)量的物質(zhì)進行反應的粒子,其中既包括物質(zhì)粒子,也包括暗物質(zhì)。因此,精細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實驗對檢驗標準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

關(guān)鍵詞:

責任編輯:Rex_01

推薦閱讀