【创新跨越2018】瞄准微观粒子基础前沿科学再发力

三十年前(1988),我国第一个大科学装置北京正负电子对撞机在中科院高能所诞生,让中国高能物理走上了世界舞台。今年(2018年),中科院高能所再次发布重磅消息,一个周长达100公里的环形正负电子对撞机已经完成《概念设计报告》,科学家们正在进行多项关键核心技术的研究攻关。今天的《创新跨越2018》系列报道中,就让我们跟随记者去探访这个高能粒子梦工厂。

央视记者 帅俊全:这就是环形正负电子对撞机中正在研制的非常关键的一个部件,高频超导腔。可以看到它是一个糖葫芦串式的结构,所以也被称为串腔,当电子通过这个串腔的时候,会被一次又一次的加速,200多个这样的串腔经过无数次的加速,就能够使电子的能量达到250个Gev,相当于提升了数百万倍。

中科院高能所党委书记、先进光源技术研发与测试平台项目经理 潘卫民:它的作用是把微波能变成粒子动能,使粒子得到能量并得到加速。相当于我们的汽车的发动机,汽车要想跑起来,必须把油转化成汽车的动能,这个高频系统就是起到这么一个作用。

2012年,位于欧洲的大型强子对撞机发现了“上帝粒子”——希格斯粒子,开启粒子物理学研究的新时代。随后,中科院高能所提出了CEPC计划,在60到100米深的地下建造一个周长达100公里的环形正负电子对撞机,通过能量转换让正负电子加速到接近光速然后对撞,从而产生大量高能粒子。

中科院院士、高能所所长、环形正负电子对撞机指导委员会主席 王贻芳:亮度方面跟过去比差不多要提高1万倍左右,所谓的亮度实际上代表着对撞以后产生的粒子的总数。所以这个亮度高了,你发现新粒子的机会,看到新的物理现象的机会,那要大得多。

五年前,习近平总书记考察中国科学院,第一站来的就是高能所,考察的正是北京正负电子对撞机。

王贻芳:习主席到高能所来参观,这个房间就是当时他走过的地方。他非常关注我们取得了哪些成果,也关心我们这些成果在国际上的地位的,这也就是为什么我们前几年提出了要做大型的环形正负电子对撞机。

环形正负电子对撞机主要包括加速器和探测器两部分。加速器,就好像是一条超级赛道,让正负电子加速驰骋,在只有头发丝十分之一的空间里碰撞;而探测器,将超快捕捉碰撞后产生的各种高速粒子的飞行轨迹。

央视记者 帅俊全:我手中所拿的就是我们国家最新研制的硅像素的探测模块,它也即将用于我们国家正在设计的环形电子正负对撞机之上,可以看到每一个这样探测模块上面都有十个芯片,而每一个芯片都是包括了上百万个这样的探测单元,这个探测单元就可以去精准地自动识别高能带电粒子它的一个飞行轨迹。

中科院高能所研究员、环形正负电子对撞机项目经理 娄辛丑:我们的分辨率要特别高,一两个微米,这真是国际前沿。

据了解,环形正负电子对撞机将在“十四五”时期开始建设,并于2030年前竣工,实验中将生产超过100万个希格斯粒子,为研究宇宙早期演化、反物质丢失、寻找暗物质、真空稳定性等未解的科学问题提供理想实验平台。

2018年,以大科学装置为平台,瞄准微观粒子世界,中国科学家在基础前沿科学领域再度发力。在广东东莞,散裂中子源建成并投入使用,使我国成为国际上第四个拥有这一装置的国家,为科研人员提供了前所未有的研究平台;在安徽合肥,中国“人造太阳”首次实现内部等离子体一亿度高温运行,虽然只有短短十秒,却有多项物理指标接近未来核聚变反应堆建设的要求,人类朝着核聚变清洁能利用再进一步;在甘肃武威,医用重离子加速器正式进入临床,标志着大科学装置治疗癌症从基础研究走向了民生应用的关键阶段。

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