2020年欧洲粒子物理战略聚焦希格斯粒子和新加速器技术

作者: 2020-09-24 15:23 来源:
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  619日,欧洲核子研究中心(CERN)发布《2020年欧洲粒子物理战略更新》[1],提出粒子物理近期和长期发展愿景。该战略提出两大高度优先的未来计划,即建造希格斯工厂和开发新的加速器技术。该战略指出,粒子物理学界已准备好向着更高能量和更小尺度迈出下一步。

  1、高度优先的未来计划

  1)正负电子希格斯工厂是下一个对撞机中优先级最高的事项。愿景是先建造一个希格斯工厂,未来再建造一个在人类能实现的最高能量下运行的质子-质子对撞机。要实现这一目标,需要创新型尖端技术,包括:加大对先进加速器技术的研发力度,特别是对包括高温超导体在内的高场超导磁体的研发;未来CERN的质子-质子对撞机的质心能量至少为100万亿电子伏特(TeV),并且第一阶段应作为正负电子希格斯工厂和电弱工厂来使用;如果日本能适时实现正负电子国际直线对撞机(ILC),且与CERN的这一策略兼容,欧洲粒子物理学界希望与其进行合作。

  2)创新的加速器技术。正在考虑的技术包括高场磁体、高温超导体、等离子体尾波场加速以及其他高梯度加速结构、明亮的介子束、能量回收直线加速器。欧洲粒子物理学界必须加强加速器的研发,并提供足够的资源维持其发展。路线图应优先考虑技术发展,同时考虑与国际伙伴和其他学界的协同作用,例如光子和中子源、聚变能、工业等。

  2、粒子物理学的其他重要科学活动

  1)搜寻暗物质、探索味物理和基本对称性。这是寻找新物理学的关键组成部分,可以通过精确测量味物理和电偶极矩或磁偶极矩,搜寻轴子、暗物质其他候选粒子和弱相互作用的粒子等来实现。解决此类物理问题的方案包括能量前沿对撞机、加速器和非加速器实验。应该提出具有潜力的高影响力粒子物理项目,以支持欧洲实验室在这些领域中的实验,并应支持欧洲参与其他地区的此类实验。

  2)继续支持理论物理学研究。理论物理学是粒子物理学的重要驱动力,它开启了新的大胆研究领域,激发实验搜索并提供所需工具,而且还在激发公众的想象力和吸引年轻研究人员方面发挥着重要作用。欧洲应继续大力支持广泛的理论研究计划,涵盖从抽象到现象学主题的整个粒子物理学领域;应鼓励追求新的研究方向,并促进与宇宙学、天体粒子物理学和核物理学等领域的联系;应该支持对实验有直接影响的探索性研究和理论研究,包括对提供和开发计算工具等活动的认可。

  3)支持探测器研发和相关基础设施。粒子物理实验的成功依赖于创新的仪器和最先进的基础设施。CERN、国家研究机构、实验室和大学应支持探测器研发计划和相关基础设施;应确定和利用不同科学领域和行业需求之间的协同作用,提高开发效率,并增加更多的技术转让机会,使整个社会受益;必须充分支持协作平台和联合体,以在这些研发活动中保持一致;物理学界应确定一个全球探测器研发路线图,以支持欧洲和国家层面的提案。

  4)支持粒子物理学研究中的软件和计算基础结构。大规模数据密集型软件和计算基础结构是粒子物理研究计划的重要组成部分,这些软件和计算模型必须不断发展,以满足该领域的未来需求。物理学界必须与其他科学和工业领域共同研发,开发出利用信息技术和数据科学最新进展的软件和计算基础结构;应鼓励进一步制定有关开放数据和数据保存的内部政策,并为实施这些政策投入足够的资源。        (黄龙光)

 

  


 

[1] 2020 update of the european strategy for particle physics. https://home.cern/sites/home.web.cern.ch/files/2020-06/2020%20Update%20European%20Strategy.pdf

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