《正负电子对撞机国家实验室》

  • 来源专题:科技大数据监测服务平台
  • 编译者: dingxq
  • 发布时间:2018-07-24
  • 北京正负电子对撞机(BEPC)于1988年10月在中国科学院高能物理所建成。它坐落于北京西郊八宝山东側,占地50000平方米。下图为BEPC的总体简图。它由注入器(BEL)、输运线、储存环、北京谱仪(BES)和同步辐射装置(BSRF)等几部分组成。注入器是一台200米长的直线加速器,用于为储存环提供能量为1.1~1.55GeV的正负电子束。输运线连接注入器和储存环,将注入器输出的正负电子分别传送到储存环里。储存环是一台周长为240.4米的环型加速器,它将正负电子加速到需要的能量,并加以储存。用于高能物理研究的大型探测器―北京谱仪位于储存环南侧对撞点。同步辐射装置则位于储存环第三和第四区,在这里,负电子经过弯转磁铁和扭摆器时发出的同步辐射光经前端区和光束线引至各个同步辐射实验站。

    BEPC的主要科学目标是开展τ轻子与粲物理和同步辐射研究。为此,BEPC有两种运行模式:兼用模式优化于高能物理对撞实验,同时也提供同步辐射光;专用模式专用于同步辐射研究。

    在党中央和邓小平同志的亲切关怀下,北京正负电子对撞机工程于1988年10月首次实现正负电子对撞。该工程主要包括对撞机(BEPC)、北京谱仪(BES)和同步辐射装置(BSRF)。1991年,国家计委正式批准成立北京正负电子对撞机国家实验室。BEPC自1990年运行以来,取得了一批在国际高能物理界有影响的重要研究成果,如:τ轻子质量的精确测量、20-50亿电子伏特能区正负电子对撞强子反应截面(R值)的精确测量、发现“质子-反质子”质量阈值处新共振态、发现X(1835)新粒子等,引起了国内外高能物理界的广泛关注。

    2003年底,国家批准了北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCII)。北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCII)是我国重大科学工程中最具挑战性和创新性的项目之一,工程于2004年初动工,2008年7月完成建设任务,2009年7月通过国家验收。

    BEPCII是一台粲物理能区国际领先的对撞机和高性能的兼用同步辐射装置,主要开展粲物理研究,预期在多夸克态、胶球、混杂态的寻找和特性研究上有所突破,使我国在国际高能物理领域占据一席之地,保持在粲物理实验研究的国际领先地位。同时又可作为同步辐射光源提供真空紫外至硬X光,开展凝聚态物理、材料科学、生物和医学、环境科学、地矿资源、以及微细加工技术方面等交叉学科领域的应用研究,达到“一机两用”。

  • 原文来源:http://bepclab.ihep.cas.cn/
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    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2018-11-15
    • 国际高能物理学界高度关注的环形正负电子对撞机(CEPC)又有了新进展。两卷本的CEPC《概念设计报告》11月14日在北京正式发布。中国科学院高能物理研究所所长、CEPC指导委员会主席王贻芳院士透露,CEPC预计于“十四五”计划时期开始建设,并于2030年前竣工。 CEPC计划是中国科学家于2012年提出的,旨在高能物理领域探索和理解希格斯粒子性质、宇宙早期演化、反物质丢失、寻找暗物质、真空稳定性等一系列未解的关键科学问题和寻找新的物理规律。 计划提出后,CEPC研究工作组用了两年多的时间研究,发布了CEPC的《初步概念设计报告》,通过了国际评审并获得了积极评价。之后,CEPC的设计和预研究团队又经过3年努力,正式完成了《概念设计报告》。 “在CEPC建设之前,必须以《概念设计报告》为基础完成关键技术预研。项目团队计划未来4年间建成一系列关键部件原型机,验证技术和大规模工业加工的可行性。”王贻芳说。 根据最新消息,CEPC的选址,需要考虑地质、造价、交通、环境及当地经济等多种因素,目前秦皇岛、深汕、黄陵、湖州、长春等是CEPC几个可能入选的地址。预估建设费约需300亿元左右。 新发布的CEPC《概念设计报告》内容包含了全世界上千位科学家在过去6年中的研究成果。它分为“加速器卷”“探测器和物理卷”两卷,分别阐述了加速器和探测器的可行性设计方案以及科学意义,同时也详细评估了CEPC相对于欧洲核子研究中心大型强子对撞机在科学上的优势。两卷本的报告均得到国际权威专家的充分肯定。 中国科学家之所以在2012年提出建设CEPC,是因为那一年欧洲核子研究中心的加速器(LHC)的两个实验同时观测到了希格斯玻色子,其质量比预期要小,只有约125 GeV。这一发现对下一代正负电子对撞机的发展具有关键指导意义——我们可以建造能量较低(只需要240GeV就可以)、实验环境更为干净、性价比更高的正负电子对撞机,大量产生希格斯粒子从而对其做系统研究,进而发现新的物理现象和物理规律。按照计划,CEPC拟采用100公里周长的对撞机环形隧道,至少会有两台探测器同时进行科学实验。 据中国科学院高能所阮曼奇研究员介绍,CEPC将由加速器和探测器两部分组成。加速器主要负责产生正负电子并加速,最终精确聚焦对撞、制造极端环境,产生具有科学研究价值的物理事件,它把正负电子的能量从零提升到10 GeV,并继续提高到研究所需的值。然后,再把正负电子送入两个储存环进行对撞。而探测器相当于具有可以高速、高精度拍照的立体显微镜,用来记录带电和不带电的各种微观粒子;同时,该“照相显微镜”也会采用最新的软件技术,与最新的大数据、机器学习等发展紧密结合。 按照设想,在为期10年的实验计划中, CEPC将生产超过100万个希格斯玻色子、1亿W玻色子和近1万亿Z玻色子。W和Z 玻色子是弱相互作用力的媒介子。在Z玻色子的衰变中, 还将生产出数十亿的底层夸克、粲夸克和陶轻子,这些有助于科学家在大范围内直接寻找新的物理现象和物理规律。
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    • 编译者:pengh
    • 发布时间:2020-01-14
    • 昨天,美国能源部(DOE)将位于纽约长岛的布鲁克海文国家实验室(Brookhaven National Laboratory)命名为建设电子-离子对撞机(EIC)的地点,这是一个独一无二的核物理研究设施。这份声明是在美国能源部于2019年12月19日批准了“任务需求”(即关键决策0)之后发布的,它使布鲁克黑文实验室的下一代对撞机的研发和概念设计工作得以启动。 美国能源部长Dan Brouillette说:“EIC承诺让美国保持在核物理研究和粒子加速器技术的前沿,这是美国在科学领域整体领导地位的关键组成部分。”“这个设施将加深我们对自然的理解,并有望成为最终引领新技术和创新的灵感源泉。” “美国正处于创新的黄金时代,我们渴望与EIC一起迈出下一步。EIC不仅将确保美国在核物理学方面的领导地位,而且为EIC开发的技术也将支持影响人类健康、国家竞争力和国家安全的潜在巨大突破。”“我们期待着与我们的国际伙伴合作,继续取得世界领先的科学发现。” EIC将由联邦政府通过能源部科学办公室(DOE Office of Science)资助,利用能源部国家实验室各部门以及世界各地大学和研究机构(包括布鲁克海文实验室(Brookhaven Lab)的管理合伙人石溪大学(Stony Brook University))的专业知识。位于弗吉尼亚州纽波特纽斯的托马斯·杰斐逊国家加速器设施(杰斐逊实验室)有望成为该项目的主要合作伙伴,并做出重大贡献。需要整个国家实验室的专业知识和参与才能成功地实施这一设施。 布鲁克海文实验室主任杜恩·吉布斯(Doon Gibbs)说:“eiecron - ion对撞机将开辟核物理学的一个新领域,它将扩展我们对构成今天宇宙中所有可见物质的原子的基本组成成分以及把它们结合在一起的力量的认识。”“我们期待着与杰斐逊实验室、能源部的其他实验室、各大学和全球EIC用户社区(来自30个国家的约1000名科学家)合作,交付EIC并推进这一重要的科学领域。” 杰斐逊实验室主任斯图尔特·亨德森说:“能源部的决定是使EIC成为现实的重要一步。我们很高兴能与布鲁克海文国家实验室密切合作,帮助交付这个世界领先的核物理设施。” EIC将实现的世界领先的科学,以及实现这一目标所需的技术进步,有可能为未来的先进技术提供动力,造福于健康和医学、国家安全、核能、放射性同位素生产以及粒子束的工业用途。 纽约联邦和州一级的民选官员一直强烈支持将EIC项目引入布鲁克海文。 “这个实验室习惯于承担大项目、批判性研究和科学可能提出的最严重的问题。这项数十亿美元的联邦投资将保证布鲁克海文国家实验室继续成为下一代的世界级研究机构。 美国众议员李泽尔丁,符合布鲁克海文实验室所在地区,说,“这个前沿项目将注入数十亿美元和一个广泛的就业数量到纽约的第一国会选区,同时产生大量的科学发现,帮助我们理解我们周围的世界。” 纽约州州长安德鲁·m·科莫说:“纽约州在支持布鲁克海文国家实验室和横跨长岛的创新走廊方面有着良好的记录——我们很自豪地看到,我们为该实验室提供的1.65亿美元拨款帮助长岛准备了一台独一无二的电子-离子对撞机。”投资布鲁克海文实验室将确保,在我们进入新的十年之际,帝国州仍然处于科学发现的前沿,同时创造数千个就业机会,并产生数十亿美元的新经济活动。” 在纽约州的承诺中,1亿美元将用于支持布鲁克海文实验室现有基础设施的目标升级,包括EIC设施所必需的道路和公用设施。这项工程和建设活动预计将由纽约地区的公司和分包商进行,利用当地的劳动力和材料供应商。 电子与离子碰撞 启德集团布鲁克海文的设计包括建立一个新的电子储存环和电子加速器组件与现有基础设施无缝运作目前提供梁的相对论重离子对撞机(RHIC),美国能源部科学办公室用户工具,已经为核子物理学家自2000年开始运营。新的电子环将允许电子与质子和大的原子核相互作用,从而精确地探测并生成这些核粒子组成部分的动态快照(见边栏)。 “RHIC在过去20年里一直是美国核物理项目的支柱之一,”布鲁克海文的科学技术副主任Robert Tribble说。“它的性能一直超出所有人的预期,在该领域实现了前所未有的发现,为这台新机器奠定了坚实的基础。” 物理学之外的好处 建设EIC将保持美国在核物理和加速器科学领域的领导地位,这些领域对我们的技术、经济和国家安全至关重要,并将培养这些领域的下一代专家。此外,为使EIC成为现实的技术进步已经在进行中。创新的加速器、粒子跟踪和数据管理组件可能会对癌症治疗的新方法、解决其他“大数据”挑战、以及改进用于测试电池、催化剂和其他能源相关材料的加速器设施产生广泛影响。 来自EIC研究的知识将在公开的科学研究文献中发表,并提供给所有合作伙伴,包括商业合作伙伴。 为布鲁克海文的EIC提供动力的对撞机加速器基础设施也将提供给研究人员使用,这些研究人员利用粒子束生产和进行医学同位素研究,并研究模拟太空辐射的影响,以保护未来的宇航员。 吉布斯说:“我们感谢能源部选择布鲁克海文作为EIC会议的主办地,并期待与杰斐逊实验室和其他国家实验室合作完成会议。”“我们也认识到纽约州的财政承诺,帮助我们提供这一设施,并使其造福于国家和世界。” 补充说明:EIC的科学 EIC的研究将把我们对物质的理解提升到一个新的水平——超越原子核与其轨道电子之间的相互作用,这些电子和电子为我们现在每天使用的电子和信息技术提供动力,超越原子核内部的作用力。 EIC有点像原子的CT扫描仪,它能让核物理学家追踪构成原子核中质子和中子的夸克和胶子的排列。科学家们将利用从数百万次电子与质子以及大范围大原子核之间的碰撞中收集的数据来研究“强核力”,并回答物理学中其他长期存在的问题,包括质子从哪里得到“自旋”。 这种强力由类胶子携带,是自然界中最强大和最不为人所知的力——它的力量是支配当今科技的电磁力的100多倍。没有人确切地知道深入了解这种强大的力量会带来什么,但在EIC的探索中获得的知识可能会带来新的机遇。了解目前在磁共振成像中使用的质子自旋的起源,也可能产生从这一基础物理知识衍生出来的应用。 附加支持声明 “我很高兴布鲁克海文国家实验室被选中主持一项新的核物理研究设施,它将帮助我们理解把我们联系在一起的科学。电子-离子对撞机将帮助布鲁克海文继续突破边界,走在科学进步的前沿,吸引世界级科学家到长岛,并发展当地的高科技经济。” -美国参议员柯尔斯顿·吉利布兰德 这个项目是由布鲁克黑文实验室、石溪大学和整个纽约州立大学的世界一流的科学专家使之成为可能。能源部和纽约州立大学之间的合作深深植根于多年来成功的科学和技术成就。纽约州立大学致力于尽一切可能支持EIC,帮助保持美国在物理学领域的领导地位,同时寻求创新的方法,从EIC的发现中分拆出新的公司、产品和工艺。” ——克里斯蒂娜·约翰逊,纽约州立大学校长