環形正負電子對撞機《概念設計報告》正式發布

CEPC團隊、國際顧問委員會部分委員和《CEPC概念設計報告》國際評審委員會成員合影

　　來源：中科院高能所

　　11月14日，環形正負電子對撞機（Circular Electron Positron Collider， CEPC）研究工作組正式發布CEPC 的兩卷《概念設計報告》，分別是《概念設計報告——加速器卷》和《概念設計報告——探測器和物理卷》。在發布儀式上，中國科學院高能物理研究所所長、 CEPC 指導委員會主席王貽芳院士代表 CEPC 研究工作組， 正式公布CEPC《概念設計報告》。

　　2012年，中國高能物理學家提出 CEPC 計劃並隨即啟動該項目的預研後，僅用兩年多時間就發布了CEPC 的《初步概念設計報告》，隨後順利通過國際評審並獲得積極評價。之後，CEPC 的設計和預研究團隊又經過三年努力，取得里程碑式進展——正式完成《概念設計報告》並得到國際權威專家的肯定。

　　CEPC《概念設計報告》包含「加速器卷」「探測器和物理卷」 兩卷。分別闡述了加速器和探測器的可行性設計方案，以及該項目的科學意義。同時也詳細的評估了 CEPC 相對於大型強子對撞機 LHC 在科學上的優勢。該報告內容包含了上千位科學家在過去六年中的研究成果。

　　CEPC《概念設計報告》的完成得到了廣泛的讚譽和支持。

　　「我為 CEPC《概念設計報告》中的重要成就送上真誠的祝賀。這是CEPC 這樣一個用於基礎研究的大型科學裝置的重要發展里程碑」，國際未來加速器委員會和亞洲未來加速器委員會主席、墨爾本大學 Geoffrey Taylor 教授這樣說，「毫無疑問，國際高能物理界非常希望參加 CEPC 的研發和將來的科學實驗，這將會大大促進對物質最基本組成單元的進一步理解。」

　　2017年諾貝爾物理學獎獲得者、加州理工大學教授Barry Barish（領導LIGO實驗發現引力波）祝賀說： 「加速器的發展歷史是實現越來越高的能量，並在過去幾十年一直都是眾多粒子物理重大發現所依賴的核心工具。而CEPC將延續這一偉大傳統！我衷心祝賀CEPC 《概念設計報告》團隊做了如此出色的工作。」

　　台灣大學教授、亞洲高能物理委員會主席侯唯恕代表亞洲高能物理委員會成員表達了祝賀：「我對 CEPC 研究團隊投入時間和努力完成《概念設計報告》喝彩。這項工作的嚴肅性在全世界引起了越來越多的關注， 並為下一步的《技術設計報告》 和工程設計以及未來建設計劃時間表的可行性奠定了良好基礎。願你們的毅力和努力結出碩果， 能讓未來亞洲真正擁有佔世界主導地位的高能物理大型科學裝置。」

　　王貽芳指出： 「CEPC概念設計報告的發表是一項重大成就。CEPC是一個大型國際科學項目，相信國際高能物理界能夠共同努力， 實現CEPC的建設。」

　　CEPC機構委員會主席北京大學高原寧教授表示： 「《概念設計報告》標誌著我們完成了整個項目的加速器、探測器和土木工程的基本設計。下一步將重點關注CEPC關鍵技術和原型機的研發。希望今後能得到政府的積極回應 。」

新聞發布會現場

　　《概念設計報告第一卷——加速器卷》介紹了加速器整體設計， 包括直線加速器、阻尼環、增強器和對撞機。另外， 還介紹了低溫系統、土木工程、輻射防護等一系列重要支撐設施，以及討論了CEPC 升級的可能選項。

　　《概念設計報告第二卷——探測器和物理卷》展示了CEPC的物理潛力，介紹了探測器的設計概念及其關鍵技術選項， 重點對CEPC的探測器和物理做了深入評估， 並討論了未來探測器研發和物理研究的初步計劃。

　　在 CEPC 的建設之前，必須以《概念設計報告》為基礎完成關鍵技術預研，項目團隊計劃於2018-2022年間建成一系列關鍵部件原型機，驗證技術和大規模工業加工的可行性。CEPC 預期於「十四五」開始建設，並於2030年前竣工。

　　CEPC 初步實驗計劃是在質心能量240GeV處運行7年來研究希格斯玻色子，隨後2年在91GeV 處運行用來研究 Z 玻色子和重味物理，另外計劃一年時間在160GeV附近研究 W 玻色子物理。

　　CEPC 未來可能發展方向之一是升級為一個超級質子質子對撞機（Supper proton-proton Collider， SppC），質心能量將達到100 TeV，可以在大範圍內直接尋找新的物理現象和物理規律。

　　CEPC是全球高能物理研究計劃的重要組成部分，它的建成能夠支持世界各地科學家進行廣泛、深入的高能物理研究。通過全世界物理學家將共同努力，探索科學和技術的前沿，必將使我們對物質、能量和宇宙的根本性質的理解達到前所未有的新水平。

　　CEPC 背景介紹   

　　2012年7月4日，在歐洲核子研究中心（CERN）的對撞機LHC上工作的超環面儀器（A Toroidal LHC ApparatuS， ATLAS）和緊湊繆子線圈（Compact Muon Solenoid， CMS）兩個實驗同時觀測到了希格斯玻色子，其質量比預期要小，只有約125 GeV。

　　這一發現對下一代正負電子對撞機的發展具有關鍵指導意義——我們可以建造能量較低（只需要240GeV就可以大量產生）、實驗環境更為乾淨、性價比更高的正負電子對撞機大量產生希格斯粒子從而對其進行系統研究，進而發現新的物理現象和物理規律。

　　中國高能物理學家於2012年提出高能環形正負電子對撞機（Circular Electron-Positron Collider， CEPC）計劃，這一大型科學裝置擬採用100千米周長的對撞機環形隧道，至少會有兩台探測器同時進行科學實驗。CEPC計劃與國際稍早的國際線性對撞機（International Linear Collider， ILC）， 緊湊型線性對撞機（Compact LInear Collider， CLIC），以及同時期的未來環形對撞機（Future Circular Collider， FCC） 項目處於競爭地位。

　　具體來講，CEPC 由兩大部分組成，分別是加速器和探測器。

　　加速器主要負責產生正負電子並加速，最終精確聚焦對撞、製造極端環境，產生具有科學研究價值物理事件，其主要組成部分是一個小型直線加速器，把正負電子的能量從零提升到10 GeV；隨後是一個和對撞儲存環同樣長度的增強器，把正負電子的能量繼續提高到研究所需的值，比如120、80或者45GeV；能量達到研究所需後，就會送入兩個儲存環（也稱對撞機）進行對撞，對撞機會採用連續注入的術（Top-Up），可以持續保持最高效的實驗條件；真實的對撞機還有大量其它輔助設備。

　　探測器原則上可以有多台，相當於具有可以高速、高精度拍照的立體顯微鏡，由多種不同子探測器組成，用來記錄帶電和不帶電的各種微觀粒子；同時，該「照相顯微鏡」也會採用最新的軟體技術，與最新的大數據、機器學習等發展緊密相關。

　　在為期十年的實驗計劃中， CEPC將生產超過100萬個希格斯玻色子、1億 W玻色子和近 1萬億 Z 玻色子。W和 Z 玻色子是弱相互作用力的媒介子。在 Z 玻色子的衰變中， 還將生產出數十億的底層夸克、粲夸克和陶輕子，這對於已有30年歷史的北京正負電子對撞機和北京譜儀的研究是一個跨越式的升級和的歷史的自然延續。

　　對於中國的高能物理來講，這是一個絕佳的歷史機遇，一方面，該方案可以進一步理解希格斯粒子的性質、宇宙早期演化、反物質丟失、尋找暗物質、真空穩定性等一系列未解的關鍵科學問題和尋找新的物理規律。另一方面，中國有通過努力建成自己的希格斯工廠和國際領先的「創新合作平台」，成為該領域全世界的領跑者。

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