環形正負電子對撞機

環形正負電子對撞機—超級質子對撞機（CEPC-SppC）是中國科學院高能物理研究所正在推動的大型科學項目，旨在通過大型粒子對撞機探索粒子內部結構。

背景

2012年7月4日，LHC 對撞機上的兩個實驗 Atlas 和 CMS同時宣佈發現了一個質量為125GeV 的新粒子，可能就是高能物理界尋找了幾十年的希格斯粒子。在後續的研究中，發現該粒子的各種性質都和標準模型對希格斯粒子預期在誤差範圍內一致。雖然還不能最終確認，然而高能界已經傾向於認為這個新發現的粒子就是希格斯粒子。一方面，標準模型中的希格斯粒子和全部有質量的基本粒子都有相互作用並賦予它們質量，因此，希格斯原則上和所有的（包括未知）的粒子都可能有相互作用，研究希格斯粒子的性質，就可以為尋找新粒子提供重要證據。而另一方面，希格斯粒子的質量只有125GeV，比人們預期的要小很多。這個質量正好處於正負電子對撞機能量能夠覆蓋的範圍內。當年大型正負電子對撞機(Large Electron-positrion Collider, LEP)的能量最高曾達到209GeV，已經非常接近希格斯產生的閾值——大約216GeV。 而在20年後建設一個新的能量稍高、亮度大幅提升的正負電子對撞機，就可以對希格斯粒子進行精確的研究。這就是國際上的兩個環形正負電子對撞機項目(CEPC和 FCC-ee)提出的背景。

在希格斯粒子發現之前，因為不知道其質量，因此高能物理學家設計了線性正負電子對撞機，希望能保留對於更大質量的希格斯進行研究的可能。 但是，當希格斯粒子的質量只有125GeV，如果只是研究 希格斯粒子，只需要240-250GeV 的質心能量就足夠了，而精確研究需要大統計量的希格斯事例樣本。環形性正負電子對撞機的的優勢在於能夠達到更高的亮度，能量的潛力不足；由於沒有環形對撞機由電子偏轉的軔致輻射帶來的能量損耗，線形正負電子對撞機在提升能量的優勢非常明顯，但在提高亮度方面不如環性正負電子對撞機。因此，環形正負電子對撞機就成了當前研究希格斯粒子的最佳選擇。

歷史

中國科學院高能物理研究所（以下簡稱「高能所」）成功建造並運行了北京正負電子對撞機。2012年7月4日，希格斯玻色子被探測到。9月，高能所提出建造CEPC-SppC。2015年2月至3月，在高能所進行CEPC《初步概念設計報告》國際評審會。2017年11月7日，40多家企業聯合組織成立「CEPC產業促進會」。2018年11月14日，CEPC《概念設計報告》兩卷正式發佈，報告包括《加速器卷》和《探測器和物理卷》。 11月28日，國家重點研發計劃大科學裝置專項「高能環形正負電子對撞機關鍵技術研發和驗證」項目在高能所召開啟動會。

方案

一期工程是環形對撞機CEPC，預估造價約300億元，預計十年內能生產「超過100萬個希格斯玻色子、一億W玻色子和近1萬億Z玻色子」。科學目標是「利用質心系能量250GeV附近的正負電子對撞產生大量的乾淨希格斯粒子事例從而精確測量其性質，確認該粒子是否標準模型希格斯玻色子，並通過它深入研究電弱對稱性自發破缺機制和質量起源等基本問題，尋找超出標準模型的新物理的線索。」

CEPC運行十年後，可選擇在同一隧道內建設二期工程SppC。科學目標是「通過高能質子對撞，尋找超出標準模型的新粒子和新物理現象，理解宇宙中暗物質和暗能量的本質等等。」

爭論

對是否應該建造這一工程的爭論激烈，獲《科學》報道。高能所所長王貽芳和數學家丘成桐力主建設，楊振寧公開發表文章反對。

同期，國際上還有多個類似項目處於競爭又合作的狀態，包括國際線性對撞機(International Linear Collider)、未來環形對撞機(Furture Circular Collider，包括正負電子對撞和強子對撞兩個階段：FCC-ee和 FCC-hh)、緊湊型線性對撞機(Compat Linear Collider)等。

外部連結

• CEPC中文網站 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
• CEPC英文網站 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
• CEPC-SppC Preliminary Conceptual Design Report （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）（CEPC《初步概念設計報告》）
• CEPC《概念設計報告》：Volume I: Accelerator （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館），Volume II: Physics & Detector （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）