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星海微萤(文摘版)

为天文研究工作者、天文爱好者和大众提供有用的信息

 
 
 

日志

 
 

粒子物理学(2016 年 10—11 月)  

2016-11-02 16:53:27|  分类: 粒子物理学 |  标签: |举报 |字号 订阅

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一份让科学家绝望的探索名单(节选)(2016 10 16 日文汇报)

大型对撞机动议应诉诸科学的态度(2016 10 21 日科技日报)

俄将为欧核中心研制衰变箱(2016 10 25 日科技日报)

建不建对撞机成公众话题,香山会议能否决定CEPC命运(2016 10 25 日科技日报)

“希格斯工厂”是高能物理发展的捷径(2016 10 27 日中国科学报)

大型对撞机动议应诉诸科学的态度(续)(2016 10 28 日科技日报)

新加速器将用于研究“奇异”原子核(2016 11 4 日科技日报)

问与答:我们会发现更多元素吗?(2016 11 5 日参考消息)

计算机模拟证明四中子结构存在(2016 11 8 日科技日报)

国际下一代核子衰变和中微子探测器研讨会召开(2016 11 14 日中国科学报)

中美德科学家揭示亚原子“汤”涡旋结构(2016 11 21 日中国科学报)

李政道与北京正负电子对撞机(2016 11 24 日科技日报)

探访日本超级对撞机(2016 11 24 日中国科学报)

探寻中微子的“放大镜”有了中国造(2016 11 26 日科技日报)

首条20英寸新型光电倍增管生产线启动(2016 11 28 日中国科学报)

 


文汇报 2016 10 16

一份让科学家绝望的探索名单(节选)

方陵生 编译

经过几代物理学家不屈不挠的探索,一百年前爱因斯坦广义相对论的最后一个预言——引力波,终于被探测和证明存在。

还有很多事物和引力波一样,科学家们可以肯定它们的存在,但却从未直接发现和证实过,比如最早的生命物质、黑猩猩和人类之间缺失的一环、发出52赫兹声频的鲸鱼、奥尔特云、黑洞……

本刊介绍这份科学探索名单上部分未解之谜,尽管科学家们不能预知要花多大力气和多长时间才能破解这些谜团,但正是它们,一直激发着人类的好奇心和求索精神。

胶球

胶球是由一束胶子组成的粒子,是夸克之间的一种强核力,将它们结合在一起形成原子核中的质子和中子。尽管理论家坚持胶球(胶子偶素)的存在,但实验者也同样坚信,永远不可能通过一个实验,来证明它的存在。

胶子有一个奇怪的属性:带有强核力电荷,意味着它们也能彼此依附,形成胶球。

胶子模拟实验表明,约1500兆电子伏(MeV)足以将大量胶子结合在一起形成一个胶球。1995年,克洛斯和瑞士苏黎世大学的理论物理学家克劳·阿姆斯勒证明,欧洲核子研究中心两个能量分别为1370MeV1500MeV的粒共振能符合形成胶球的要求,之后发现了第三个候选对象——能量为1710MeV的粒子。

但这种强核力难以计算,为简单起见,胶球模拟往往假设为一个完全由胶子组成的世界。真实宇宙中,当你检测到胶子偶素状态时,夸克同时也会依附上来,就像袜子的毛边一样,无法形成纯粹的胶球。看来想要制作一把完全由一束胶球构成的强大光剑的梦想是难以实现了。

 


科技日报 2016 10 21

大型对撞机动议应诉诸科学的态度

段伟文

编者按 前一段时间,关于大型对撞机的争论十分热络:到底该不该建、赶快建还是缓建、慎建?各种意见碰撞与观点分歧表明,我们在大科学工程决策上向公开与透明又迈出了一大步。但不得不指出的是,在此重大争议中,如果吃瓜群众不希望被轻易说服而简单地“站队”,就必须理性而审慎地面对双方意见及相关事实,这同时也要求动议者和倡导者本着科学的态度,尽可能多讲事实、少话情怀。

(限于篇幅,后半部分敬请关注下期《科技话题》)

——国际粒子物理界下一代对撞机的建造策略日益表现为审慎推进与全球性国际合作。在国际科学共同体的知识权威和现实政治权力相互纠缠的情况下,合作各方将面临多重冲突和挑战。

诉诸科学的态度,先应认真把握当前国际粒子物理领域有关大型对撞机的基本现状和发展态势。首先,这一波对撞机热由欧洲核子中心(CERN)主导,为维持其国际主导地位CERN推出了一系列新的发展规划。其中与大型对撞机有关的路线图包括升级大型强子对撞机(LHC)、修建可与LHC互补的国际直线正负电子对撞机(ILC)、设计能量更高的未来环形对撞机(FCC)。聚焦于中微子研究的美国也于2013年提出了巨大强子对撞机(VLHC)计划。

其次,以欧美和日本为主体的国际粒子物理界下一代对撞机的建造策略日益表现为审慎推进与全球性国际合作。其原因有二。一是理论上的困境。标准理论所预言的粒子相继被发现,但超对称理论一直没有得到实验的支持,使得大型对撞机的建造难免遭遇质疑。二是对撞机所需经费日益昂贵。一般认为,预算超过10亿美元的项目宜采取“多国共建,分摊经费”的办法。近二十多年来,迫于经费与人才的压力,欧美等国家开始将日本和中国等纳入其“国际合作”的范围,甚至出现了主场转移到欧美之外的端倪,呈现出全球性国际合作的态势,但这种态势下的合作会如何展开尚不明晰。

ILC为例。它较为集中地体现了这两种建造策略。2012年,日本提出主持此国际合作项目并于次年完成选址,计划2020年开建,2030年前后开始实验。但日本科教部门的评审委员会并未简单地接受该计划,而是要看2018LHC达到最大设计能量时能否获得有意义的发现再做决定;并强调在正式批准日本科学家接棒之前,需要经谈判获得其他国家在经费上的承诺。在这一漫长过程的背后,有着复杂多样的考量与计算,值得参与大规模国际合作的新手认真揣摩。

其三,下一代对撞机建造与运行将涉及更多国家和机构,对参与者的竞合策略提出了更高要求。在很大程度上,超导超级对撞机(SSC)也是竞合的结果。包括温伯格在内的很多人将SSC的下马解读为由美国的错误决策或政治运作所导致的科学挫败乃至国家失败。但实质上这一波折是人类首次面对如此浩繁的大科学工程时所必然面对的磨合:由于众多科学家、工程师、承包商、产业、政府、研究机构以及不同学科共同体尚不熟悉用以消弭文化冲突和利益纠纷的合争策略,SSC对整个科学包括相关领域的资源挤压等基于现实利益的关系失衡,使这次“纵深远投”未能击中目标。在不可能一个人抱着球跑的新游戏中,这或许是一个必不可少的学习过程。

而下一代对撞机一旦开建,所有希望主持新的大型对撞机的各方必然在竞合策略方面面临更严峻挑战。它涉及经费负担、资源共享、优先权分配、行政权力、学术权威等各种因素,其中不乏复杂的规则和文化层面的冲突,无疑需要极高的沟通技巧与组织谋略才能应对。如果没有优化的竞合策略,建设国科学家的专业话语权的大小未必会得到明显提升,而且他们的参与比例和成果份额也很可能与出资份额不匹配。

——在方案之间进行比较时,为了避免模糊化和田忌赛马式的比较法,不能简单地说互有优缺点,而至少应将参数拿出来比。这样才能认清“相对容易”的CEPC和寄望其“引领未来” SPPC的真实位置。

诉诸科学态度,可以帮助我们在了解上述现实的基础上直面大型对撞机动议中值得存疑的问题,帮助其改进与完善,让其建造过程或许没那么快,却可能更好。

首先,来看其建设规模。高能所官网2014年发布的建设方案显示,环形正负电子对撞机(CEPC)与超级质子对撞机(SPPC)是5070公里,但坊间流传的数据慢慢加大为50100公里,按王贻芳研究员最新的说法是“以周长为100公里算”。对这种变化合理的解释可能是,不论是发自参与国际竞争的志向,还是出于赶超一流的思想或宣传游说的需要,其建设目标定格为要造世界上最大的环形对撞机,故其目标必然会锁定至FCCVLHC最后一致确立的高度100公里。透过诸多冠之以“超级”和“巨型”的修辞,一种顽固的求大、求最、求快的心理昭然若揭,其华丽与壮美十分诱人,却难说不是没有解药的七步散。

据此分析,如果要在方案之间进行比较,可不可以说CEPC应与FCC的正负电子对撞机比、SPPC应与FCC的强子对撞机或VLHC比?或者说,在拿SPPCLHC比较时,是否也应将FCC/VLHCLHC放到一起比?而且为了避免模糊化和田忌赛马式的比较法,不能简单地说互有优缺点,而至少应将参数拿出来比。这样大家就可以知道:FCC有三个备选方案,其中的正负电子对撞与强子对撞在经验、设计和技术准备上都有相当的积累,有很多全新的技术目标和相关的技术开发项目,计划到2018年完成概念设计并接受造价审议。找对了比较对象,才能认清“相对容易”的CEPC和寄望其“引领未来”SPPC的真实位置。

必须指出的是,方案不是现实,就像沙盘并非战场;而方案越美好,有时更反衬出现实的骨感。细读SPPC方案的导语,虽然承认该项目“需要制造大量的超高场强超导磁铁,技术难度较大”,但仅仅闪烁其词地说明“由于我国参加了ITER项目,超导导线方面还不是完全空白,高能所也有大型螺线管超导磁铁的基础”。这显然不够。而所谓“相信通过20年左右的努力和国际合作的帮助,应该可以掌握”更不知道有多大说服力。至于说SPPC可以带动“高温超导”,对撞机可以像“招弟姐”一般引出“高温超导”,似乎不太符合科学发现的规律,亦难免让方案本身的科学性打折扣。(待续)

 


科技日报 2016 10 25

俄将为欧核中心研制衰变箱

助实验装置探索新型基本粒子

俄罗斯国家研究型工艺技术大学的工程师们开始着手为欧洲核子研究中心(CERN)研制基本粒子衰变箱结构,这种结构将构成新实验“探索隐藏粒子”装置的主要部分。研制新实验装置的是一个国际团队,包括来自16个国家的41个科研组织。俄罗斯国家研究型工艺技术大学2015年加入此项目。

欧核子中心目前正在为开展该新实验做准备,目的在于探索3种可能存在的新型基本粒子,将这些粒子引入基本粒子物理学标准模型,有助于描述暗物质的存在及宇宙中反物质的缺乏。

校长阿列夫京娜·切尔尼科娃说,该大学工程师的任务是建立衰变箱的最佳模型,并设计出若干结构、材质和内压大小均不同的衰变箱构造方案。因为衰变箱内可能会产生新粒子,而这正是实验的主要部分。

衰变箱是一个带有内外蒙皮的锥形管,长45米、高10米,由数百个网格组成,每个网格有6个内表面。为了建模,工程师们进行了一系列计算和实验,并根据实验结果选定了作为材料的钢及铝合金品牌,以及实验装置结构的最佳尺寸和几何形状。

该实验有一系列的标准和限制,要求在确保结构足够牢固的同时,要最大限度地减轻制作衰变箱的材料重量。另一位校长谢尔盖·阿尔布尔介绍说,这将有助于在记录出现的基本粒子时降低干扰。

目前,工作组正在研究各种方案,模拟它在各种状态下的工作状况,预计将于2019年前完成。研究人员计划在2022年前正式启动衰变箱,并开始收集统计数据。

(稿件来源:“卫星”新闻通讯社) 

 


科技日报 2016 10 25

建不建对撞机成公众话题,香山会议能否决定CEPC命运

本报记者张盖伦

粒子物理学(2016 年 10 月) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版) 

CEPC探测器的剖面图(计算机模拟)

 

粒子物理学(2016 年 10 月) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版) 

大型环形加速器CEPCSppC的设想图

 

专家在会议共识中呼吁,要进一步开展CEPC设计和关键技术预研,从而降低未来建设成本,并培养和建设人才梯队,使其成为CEPC的坚实保障。

1019日晚上6点,暮色已沉。北京香山饭店内,参加香山科学会议的专家们,还在为本次会议将要形成“共识”的稿件字斟句酌。“要通俗、还要准确。”专家们提出关于高能环形正负电子对撞机(CEPC)科学目标描述的基本原则。他们希望,能把CEPC的相关信息传递到高能物理界之外。

希格斯粒子是打开新物理的窗口

已经进入预研阶段的环形正负电子对撞机(CEPC),将是一座希格斯粒子和Z玻色子工厂,它能够精确测量希格斯粒子性质,并寻找新物理。根据此前的介绍,它十年可以生产出百万个希格斯粒子。

希格斯粒子已经于2012年被欧洲核子中心找到,为什么还要继续“生产”?

香山科学会议上,与会专家进一步指出研究希格斯粒子的重要意义:希格斯粒子揭示了基本粒子质量起源之谜,但它本身又带来了诸多深刻问题。“比如希格斯粒子自身的质量问题,自耦合问题,电弱相变/电弱超导体的性质,基本粒子之间巨大的质量差等。希格斯本身是探索下一层次新物理最好的窗口。”中科院高能物理所研究员娄辛丑说。他指出,历史上cb夸克和WZ玻色子的发现各自都给物理学家提供了20年的研究时间窗口。而CEPC作为希格斯粒子和Z玻色子工厂,本身也将给我们提供20年甚至更长的实验、理论研究整体项目。

CEPC可以精确检验标准模型,也可以寻找偏离标准模型的迹象,寻找WZ玻色子的稀有衰变。标准模型无法囊括一切,超越标准模型的新物理就在灯火阑珊处。

CEPC也将能提供标准模型外的关于新粒子、新的相互作用、大统一理论、新的时空特性以及与宇宙学相关的暗物质等更多信息,让人们对自然的基本法则产生更深刻的理解。”上海交通大学物理与天文系教授何小刚强调。

建设大型对撞机的讨论演变成全民科普

其实,在此次香山会议召开之前,关于中国要不要现在建设大型对撞机的讨论,已经演变成了一场关于高能物理的全民科普。

中科院高能物理所所长王贻芳就卷入了这场论战。他表示,论战也有正面作用,至少让人愿意去听听CEPC到底是怎么一回事。王贻芳表示,自己这两个星期就做了好几场科普报告,跟业界、学界和公众进行科学沟通。

在专家们看来,CEPC不仅仅能帮助实现物理学家发现新物理的梦想。清华大学工程物理系教授高原宁指出,CEPC具有社会牵引作用。它可以发展成多学科综合实验室,建设它的过程,本身对技术就具有辐射带动作用。

“粒子物理研究不仅是科学最前沿,也是技术最前沿。它涉及加速器物理与技术,核探测与核电子学技术,网络与计算机技术等。”高原宁表示,CPEC涉及的几项关键技术,比如大型低温制冷机、高功率微波功率源、超导线和抗辐射硅探测器等,均在国防和民用上具有较大拓展空间。比如,大型低温制冷机可以广泛用于加速器、航天航空中的氢液化装置和天然气液化,高功率微波功率源可以用于加速器、广播和雷达等领域。

而如果以CEPC为核心建成国际科学城,就将吸引上万名世界各地的科学家、工程师和学生,也将吸引精密机械、微波、低温、超导和电子等各个领域的设备供应商,物理、材料、生物和医药类的研究单位和企业研究院也将前来此地……CEPC的建设之处,在成为国际科研中心的同时,还能促进地方社会与经济发展。

CEPC是一个国际合作的大型科学装置。预研阶段的正式国际合作将在近期开展,未来建造和运行的国际化管理方式将逐渐清晰。”高原宁说。

给年轻人在科学前沿拼搏的机会

香山科学会议上,中国科学技术大学的郑阳恒教授出具了一份关于我国实验高能物理人才现状的相关报告。

据他调研,在高能所和高校有几百位专家和学生从事实验高能物理研究,另外还有几百位从事加速器及探测器的研制。同时,海外高能物理人才中活跃着一大批华人学者,随着我国高能物理的发展,亦有越来越多的外籍专家愿意来华工作。

在此前的辩论中,有人指出,我国的高能物理人才队伍不足以支撑大型对撞机的建设。确实,我国高能物理人才队伍并不庞大,活跃的高校数量也不算多。不过,郑阳恒认为,二十多年来,BEPC/BES(北京正负电子对撞机/北京谱仪)这样一个高能物理实验平台,在高能所和高校培养了一大批实验物理人才;改革开放后,高能物理队伍无论是在质量还是数量上都有长足进步。“他们受到过严格的国内外专业训练,有事业心,国家把大型高能实验任务交给他们,是完全可以放心的。”郑阳恒也表示,根据过往经验,中国未来高能物理发展需要自己的高能实验基地。

“我们要有吸引人的项目,让学校有事情干,让外面的学生有动力回来,形成一个稳定的人才梯队。而在这些人才中,又能诞生新的高能物理项目。这个雪球必须尽快滚起来。”美国匹兹堡大学物理天文系教授韩涛说,他们看到了问题,但也看到了CEPC带来的机会。

“人才问题非常重要。CEPC需要高质量人才,而它本身也为我国培养高素质人才提供了很好的平台。”北京师范大学核科学与技术学院王乃彦教授强调,“CEPC能给我们的年轻人创造一个在科学最前沿拼搏的机会。”

专家在会议共识中呼吁,要进一步开展CEPC设计和关键技术预研,从而降低未来建设成本,并培养和建设人才梯队,使其成为CEPC的坚实保障。

本次会议的尾声,中科院高能物理所所长王贻芳总结说:“从大家的报告来看,这件事情(建造CEPC)的意义是如此重大,值得我们为它努力奋斗。我坚信这件事情没有错,我们有充足的理由推动它。”

背景链接: 建造大型对撞机引发多位科学家辩论

希格斯粒子(也被称为“上帝粒子”)被发现后,我国科学家于20129月提出建造下一代环形正负电子对撞机(CEPC)并适时改造为超级质子对撞机(SppC)的方案,在国际上引起巨大反响。该方案一期建设周长50100公里、能量250 GeV的环形正负电子对撞机作为希格斯粒子工厂,二期在同一隧道中建造50100 TeV的质子对撞机,能量将比欧洲核子中心正在运行的大型强子对撞机LHC7倍。

●关于CEPC的初步概念设计已经完成。它涵盖科学目标、加速器和探测器、初步地质调查、需求分析和隧道及辅助设施等多方面。国际评审给出的意见是:科学意义重大;加速器、探测器、土建和通用系统设计完整,方案选择合理;没有不可克服的技术困难。

20168月,在中国物理学会高能物理分会第九届常务委员会第四次(扩大)会议上,中国物理学会高能物理分会形成了“关于基于加速器的中国高能物理未来发展的意见”。其指出,CEPC是我国未来高能加速器物理首选项目。我国高能物理学界应该以CEPC作为发展战略目标,积极争取成为中国发起的国际大科学之一。

201694日,著名物理学家杨振宁在《知识分子》发表文章,反对中国现在开始建造大型对撞机。

201695日,中科院高能物理研究所所长王贻芳发文回应,反驳杨振宁的反对理由,指出“中国今天应该建造大型对撞机”。

至此,中国目前是否适宜建造大型对撞机的辩论,成为一个公众话题,并引发多位科学家发表观点。

 


中国科学报 2016 10 27

“希格斯工厂”是高能物理发展的捷径

本报讯(记者甘晓)近日,香山科学会议第572次学术研讨会在京召开。会议以“高能环形正负电子对撞机(CEPC——中国发起的大型国际科学实验”为主题。专家认为,CEPC是我国基于加速器的高能物理发展的最好途径,并建议国家启动针对CEPC全面预研究的经费支持。

记者在会议上获悉,作为“希格斯工厂”的CEPC,其正负电子对撞质心系能量很大,可以产生大量的干净希格斯粒子事例,物理目标是研究希格斯粒子的基本性质,精确程度以及新的测量将超过欧洲大型强子对撞机(LHC)预计2035年前可获得的结果。同时,CEPC可以作为Z玻色子工厂,进一步研究标准模型并探索新的物理。

CEPC设施还是多学科的综合实验室(同步辐射装置和多学科平台、关键技术和成果转化),科学家希望该设施未来形成国际科学城,发展为世界科学的中心之一。

中科院高能物理所研究员娄辛丑在主题评述中介绍了CEPC的物理目标和科学意义、项目实施、创新性与发展潜力。多名一线科学家分别介绍了CEPC概念设计(CDR)和初步预研究进展,分析了项目的必要性、紧迫性和可行性,并对CEPC项目进行了风险分析。参会科学家充分讨论了议题内容。

会议认为,当前,对希格斯粒子深入研究极为重要和迫切,是探索超出标准模型新物理的最好窗口。希格斯粒子解释了基本粒子质量起源的深刻问题,也具有诸多前所未见的特性。例如,它是唯一自旋为0的基本粒子,参与非规范相互作用,其自身质量来源未知。同时,希格斯粒子和其自身的相互作用对宇宙早期的演化具有着重要影响,有望为解释宇宙中的反物质丢失之谜提供极其有用的线索。

科学家指出,粒子物理“标准模型”并非终极理论,已有一些实验证据和问题不能在“标准模型”内解决。“但这些问题,如真空的亚稳态,基本粒子质量相差太大,希格斯粒子质量的自然性等,都和希格斯粒子有关。研究希格斯粒子,还可能是通向更深层次的物理、解决暗物质问题的钥匙。”清华大学教授韩涛表示。

目前,CEPC团队完成了初步概念设计后进入正式概念设计(CDR)阶段。设计工作着重创新和考虑先进设计。例如,为降低造价而提出并开展了先进的对撞机局部双环研究,为提高效率开展的超导高频腔涂氮技术尝试,以及推动国产速调管产业化和大型低温、高效制冷机的研制等。CEPC伴随的高能伽马同步辐射光源及其在核物理和材料科学的应用受到重视。这些成果有望对国民经济起到重要的推动作用。

与会专家同时建议,CEPC研究团队应深化设计和加速器、探测器和实验手段的关键技术预研究,实现人才和相关技术的积累,为项目论证和政府决策作好科学、技术和工程等方面的准备。

 


科技日报 2016 10 28

大型对撞机动议应诉诸科学的态度(续)

段伟文

——要从BEPC240米一跃而跳到100公里,当以戒慎恐惧、临渊履冰的态度,通过认真的国际合作才可能健康发展。否则很容易让国际同行和公众形成的一个印象是,中国貌似会一个人抱着球跑。

其次,看看估价。根据王贻芳研究员95日回应杨振宁的文章,100公里的CEPCSPPC的造价分别达400亿元和1000亿元,中国分别需要出资300亿和700亿。但据报道,王贻芳研究员今年62日在中科院学部报告会上表示,CEPC50公里造价约255亿元,100公里造价约360亿元。且不说此前还有其他估价,在如此短暂的时间内100公里CEPC的造价一下子涨了40亿元,这要么说明其预算方法不够严密,要么说明现在要做出准确预算其实很困难。当然,细心的读者也会发现,2014年王贻芳研究员发表在《现代物理知识》上的一篇文章中还是比较严谨地指出,造价尚在评估之中。姑且接受这些最新的数据,反观CEPCSPPC的竞争者FCCILC,不难发现两个问题。其一是项目规划和预算的严肃性。既然规划有所变化且通过国内外媒体呈现出来了,就应该实时更新其官方版本,同时还应该考虑其造价接受同行和第三方的严格审议。其二需要对国际经费支持以及国际合作的方式有所交代。对比CERN中主要资助国德、法、英等分担的比例大约为20%15%13%的情况,是否应对中国70%和国际30%的投入的依据与可行性作出说明?对由此带来的国际合作的性质以及过高的风险承担是否也应有所交代?此外,在CEPCSPPC的经费论证中,以年度投入占GDP的比例来自证,这种过于简单的算术实在不够严谨,更远远未体现出专攻高精尖演算的粒子物理学的特长。显然,在这种为了争取多切些蛋糕的比较中,如果不能证明自身的权重,就先应该与其他学科进行比对,否则又会出现田忌赛马的套路,而迫使决策者求助于“重整化”来解套。

不得不说的是,以中国高能物理现有的科研实力,要从BEPC240米一跃而跳到100公里,当以戒慎恐惧、临渊履冰的态度,通过认真的国际合作才可能健康发展。值得深思的是,在大型对撞机上投入比例过高,非但不能给国家带来相应的荣誉和科技地位的回报,反而会因为达不到应有的目标使国家形象受损。而且,过高的投入比例很容易让国际同行和公众形成的一个印象是,中国貌似会一个人抱着球跑,搞不好还会套牢政府,独自抱着球跑完CEPCSPPC上、下两个半场!

这种情况是应该警惕的。德国慕尼黑大学的Otmar Biebel教授不无敏锐地指出,如果中国准备将大型粒子对撞机变成一个纯粹的“国家项目”,他会持反对意见。再反观日本政府将争取国际经费的谈判与他国投入的承诺作为立项的先决条件的做法,绝不应粗鄙地斥之为没实力、观望或矫情。动议者与相关部门应该认真思考和分析这些外部的建议和做法的合理性,不仅要考虑适当提高国际经费的比例,还应该上升到体制机制层面,系统深入地探讨既符合国际惯例又合乎本土情况国际经费分担框架及治理模式,以此保障和激励科学目标与国家目标、中国科学与全球科学通过共担共创实现共享共赢。

话又说回来,不论是国际合作还是竞争,都没那么简单!不无吊诡的是,今年8月《自然杂志》一篇评论文章将中国会不会建造下一代对撞机与LHC重启后是否找到有意义的发现并列为高能物理的不确定性因素。其基调是:从营造有利于经费游说的国际大环境来看,中国提出对撞机计划应该受到欢迎;同时,中国的高能物理共同体较小,中国的对撞机应该通过国际合作的方式建造;但是中国的方案会挤压日本的ILC等的国际经费和研究资源,甚至会产生负面影响。东方的智慧告诉我们,褒贬是买主,喝彩是闲人。那些仰望星空的理论物理大牛为何喝彩?那是因为他们在实验中没有特殊的利益,只要是实验上的投入他们都会欢迎。而那些竞争者和利益相关者的褒贬,则应认真琢磨其真实意图与其话外之音。而由此进行的冷静思考恰是中国真正转身成为全球性国际科学竞合游戏的主导者的起点,将使我们对国际科学共同体在对撞机建设上的“合争”态势的复杂性有更理性和深刻的认识。此外,或许还存在一个无法回避的问题:CEPCSPPC在与同类项目的竞争中相继胜出而成为唯一的国际合作项目的可能性究竟有多大?

——“新物理迹象”是指LHC上的新发现,而CEPCILC是对其进行精细测量的第二道工序。如果前面路向不明,第一步都未必应该跨出去,何谈为第二步赢得技术准备?好比还没相识,怎么可能跨过相知相爱就直接结婚?

最后,说说技术路线。按照王贻芳研究员的回应,大概的技术路线分为二步:第一步,20222030年建造CEPC,对撞能量0.240.35TeV,建成时是世界上最大的环形正负电子对撞机;如果“CEPC有新物理迹象,且高场磁铁所需新型超导材料技术成熟”,就关闭CEPC,进入第二步,20402050年建成SPPC,对撞能量100 TeV。高能所一位专家年初撰文指出两步走有四大好处:保证有大科学产出、相对容易、相对便宜和为第二步赢得技术准备的时间。但问题是,CEPC的对撞能量只有0.240.35TeV,而2000年关闭的LEP的能量已达0.21TeV。反观其竞争者ILC的能量至少可达0.5TeV。而ILC的设计者指出,环形对撞机因正负电子存在能量损失而令其造价于对撞能量的平方成正比,而直线对撞机的造价与对撞能量成正比,使其达到万亿能标所需的费用比环形对撞机便宜得多。故一旦LHC及其改进版上呈现出有意义的现象,ILC不仅有能量优势,而且更容易以较低的成本改造升级。

从未来实际发展来看,CEPC的“相对容易”与“相对便宜”能否成为其竞争优势是有条件的。如果到2018LHC没有新发现,下一代正负电子对撞机的基本任务是精确测量希格斯粒子的性质,不需要那么大的能量,ILC很可能搁浅,而CEPC被国际粒子物理界接受的可能性加大,但此时包括SPPC在内的下一代质子对撞机的建造需求大打折扣。如果2018LHC有新发现,ILC虽然较难较贵,国际粒子物理界选择建ILC可能性更大,后续可能会继续乃至根据需要加快建FCC,此时CEPC的竞争优势不大。故可能的路线图是:第一种情况CEPC可能启动并可能获国际支持,但SPPC有无必要开启是未知数;第二种情况即便ILC启动依然建CEPC,国际支持会不足,后续SPPC也会因此难度加大。

再看“大科学产出”。如果类似去年“双光子粒子”的“消失”使超过500篇论文被“消除”的情况一再发生,“大科学产出”的品质何以保证?而这进一步提醒我们,所谓“CEPC有新物理迹象”的前提是LHC及其改进版上可以观察到有价值的现象,而实际上“新物理迹象”是指LHC上的新发现,而CEPCILC是对其进行精细测量的第二道工序。如果能正视这一不确定性因素的关键作用,就不难理解ILC甚至FCC为何磨磨唧唧又不约而同地等到2018年进行审议或完成概念设计。如果前面路向不明,第一步都未必应该跨出去,何谈为第二步赢得技术准备?好比还没相识,怎么可能跨过相知相爱就直接结婚?

科学在于细节,人必须学会直面细节中的魔鬼!面对大家已有共识的不确定性,似乎不宜仅从科学发展需要建更高能量的对撞机这一笼统的原则出发,一味强调“需要造、应该造、马上造”。换言之,如果2018LHC确实找不到有意义的发现,我们应该像日本那样不见兔子不撒鹰还是精卫填海般勇往直前?反过来,2018年如果产生了有价值的发现,LHCVLHC等就不会及时调整战略,直扑超对称物理的“寒武纪大爆发”吗?面对对撞机设计蓝图所描绘出的引领未来的美好图景,不宜轻易地接受乃至陶醉于一厢情愿的 “在国际竞争中抢得先手”的胜算;而应清醒地意识到,正因为这些高深、复杂和宏大的动议是以科学的名义,更要秉持前辈科学家茅以升等倡导的“严格、严谨、严肃”的科学态度,对其加以深入细致的检视。唯其如此,方可使耗资不菲的科学动议在可以有的质疑声中修正、纠错、提升,让科学的光芒照亮自己。

 

 

科技日报 2016 11 4

新加速器将用于研究“奇异”原子核

科技日报北京113日电 (记者刘霞)据物理学家组织网112日报道,众所周知,原子由原子核和核外电子组成。原子核由质子和中子组成;电子围绕原子核旋转。那么,原子核来自何处?它们如何形成?何种力量在掌控它们的行为?114日于法国卡昂揭幕的新加速器“SPIRAL2”有望回答这些问题。

1911年,科学家们发现了原子核;约20年后,发现了质子和中子。原子核大小仅为原子的万分之一,但含有原子99%的质量。尽管如此,科学家们对原子核仍知之甚少。现在,耗资1.38亿欧元的SPIRAL2将人工合成并对所谓的“奇异”原子核进行研究。这些原子核通常在恒星内部形成,地球上尚未发现。

法国国家科学研究院(CNRS)的让-查尔斯·托马斯说:“我们想要厘清这些组成物质的基本单元如何在恒星内部的极热环境下形成。”

为了制造出这样的粒子,科学家们将在位于地下约10米、长40米的隧道内,发射稠密的离子—原子(剥离了部分电子)束。托马斯接受法新社采访时表示:“我们将在这个实验室重现恒星内部发生的情况。”

离子—原子束撞上目标表面后会爆炸,分裂成包括原子核在内的亚原子粒子,有些原子核地球上也不存在。科学家们希望,这一实验将帮助弄清为什么不同原子核有不同的质子/中子比,正是这一比率确定了原子的电荷以及它属于何种化学元素。

研究团队希望,实验将制造出大量奇异原子核用于实验。据信,约有8000种奇异核,科学家们迄今已观测到2900多种。

SPIRAL2有望让癌症治疗和核能生产受益。项目科学协调人赫夫·萨瓦乔斯说:“我们希望制造出放射性原子核,其能释放非常强烈的辐射,可用于治疗癌症。这些超级细小的粒子能被喷射进癌症病人体内,到达目标肿瘤后定向释放辐射,因此,不会破坏健康组织。”

另外,这一研究也可帮助科学家设计出一种更安全、环保的高效核裂变方法。

 


参考消息 2016 11 5

问与答:我们会发现更多元素吗?

粒子物理学(2016 年 10—11 月) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版)

 

 

 


科技日报 2016 11 8

计算机模拟证明四中子结构存在

有助加深对中子间强核力的理解

粒子物理学(2016 年 10—11 月) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版)

研究人员与四中子结构示意图

 

科技日报北京117日电 (记者刘霞)据物理学家组织网日前报道,美国爱荷华州立大学的物理学和天文学教授詹姆斯·瓦瑞和访问学者安德烈·希罗科夫领导的国际科研团队,使用复杂的超级计算机模拟,证明了曾被认为不可能存在的、由四个中子组成的亚原子结构——四中子准稳定的存在。这一成果发表于最近一期的《物理评论快报》杂志上。

中子本身极不稳定,10分钟后就会变成带正电的质子,两个或三个中子在一起并不会形成一个稳定的结构。但最新模拟表明,四个中子一起能形成一个共振,这一结构在衰变前会稳定存在一段时间。

四中子的寿命仅为5×10-22秒,尽管这一时间看起来极为短暂,但足以让科学家们对其进行研究。瓦瑞说:“这将开启一个全新的研究领域。研究四中子将帮助我们理解中子间的强核力,包括探索不稳定的两中子和三中子系统的新特性。”

科学家已耗费40年时间来寻找四中子结构,迄今少有证据证明其存在。今年初,日本理化研究所放射性离子束工厂的研究人员称,他们观测到了四中子的信号,最新模拟中预测的四中子的属性,与日本科学家的观测属性相吻合。

在日本科学家的研究中,他们用一束氦-8(拥有4个中子的氦)与普通的氦-4原子对撞,结果氦-8分解成另一个氦-4和一个四中子。四中子短暂存在后分崩离析,成为单独的4个中子。

瓦瑞说:“我们知道,还有其他先进的设施正准备进行同样研究,目标是获得四中子的精确属性,我们的模拟结果或能为这些研究指明方向。”

目前,其他唯一已知的中子结构是中子星。科学家认为,这种小而致密的恒星完全由中子组成。这些中子星的直径或许只有7英里,但质量与太阳相当。研究人员希望继续探索是否还有其他数量的中子也能形成稳定的共振。

 


中国科学报 2016 11 14

国际下一代核子衰变和中微子探测器研讨会召开

粒子物理学(2016 年 10—11 月) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版) 

参会人员合影

 

本报讯 日前,第十七届国际下一代核子衰变和中微子探测器研讨会(NNN)在中科院高能所召开。

来自加拿大、法国、德国、印度、意大利、日本、韩国、荷兰、波兰、俄罗斯、西班牙、瑞士、英国、美国、中国大陆和台湾地区的百余位学者参加了此次会议,他们分别来自中国的江门中微子实验、日本的超超级神冈实验、美国的长基线中微子实验、深地中微子实验和下一代冰立方实验、欧洲的地中海立方千米中微子望远镜、印度中微子观测站等。

高能所所长王贻芳致欢迎辞,并向与会代表介绍了高能所概况。本次国际研讨会主要讨论了国际上正在建设和计划建设的下一代大型核子衰变和中微子探测器的物理目标和探测器技术。会议共组织大会报告32个、分会报告18个、展板报告9个。此外,参会代表还围绕会议主题进行了充分的研讨和交流。

NNN由美国纽约州立大学石溪分校Chang Kee Jung教授发起,目的是讨论国际最前沿的粒子物理特别是中微子物理及其相关的探测器技术。NNN1999年开始,每年召开一次,按惯例在美国、欧洲和日本轮流举行,为目前国际上正在运行的中微子实验提供了宝贵的经验。

本次会议是NNN首次在美国、欧洲和日本以外的地点召开,这表明了中国在国际中微子物理领域的重要地位。高能所通过举办NNN会议,将吸引更多国内外中微子领域的专家和青年研究人员参加JUNO实验,并进一步推动国际合作的开展(沈春蕾)

 


中国科学报 2016 11 21

中美德科学家揭示亚原子“汤”涡旋结构

本报讯(记者黄辛)最近,一个由中、美、德研究人员组成的国际团队使用超级并行计算机对原子核碰撞进行模拟,给出了夸克胶子等离子体细致的涡流结构和物质粒子自旋—涡旋耦合效应,从新视角揭示出这种新物态的复杂相互作用。研究人员还提出通过测量超子极化关联函数探测夸克胶子等离子体流体特性的设想,从而对实验进行检验。相关成果近日发表于《物理评论快报》。

宇宙标准模型认为,宇宙大爆炸最初时刻处于由自由粒子组成的炽热的“汤”,即夸克胶子等离子体,这是一种全新的物态。夸克胶子等离子体是一种“完美”的几乎无黏滞的液体。科学家一直致力于在高能原子核碰撞中产生夸克胶子等离子体,以更好地了解宇宙起源,此外它也与恒星坍缩产生的致密星(如中子星)的物理特性密切相关。

据悉,此次数值模拟在德国GSI亥姆霍兹重离子研究中心和中国华中师范大学的超级并行计算机上完成。该研究通讯作者是华中师范大学、美国伯克利国家实验室教授王新年。其他研究者包括德国法兰克福大学及高等研究所博士庞龙刚、教授彼得森和中国科技大学教授王群。

夸克胶子等离子体是由组成物质的基本粒子即夸克和胶子构成的自由体系。胶子的主要作用是将夸克黏合在一起组成原子核中的质子和中子(统称核子)。这种奇特的等离子态的温度可以达到7万亿摄氏度,是太阳核心温度的25万倍。在这种温度下,质子和中子都被熔化,释放出通常禁闭在核子内部的夸克和胶子。

如此高温可通过原子核的高能碰撞达到。除了使用金核与金核对撞之外,科学家还使用其他对撞粒子如质子、铜核以及铀核。欧洲核子中心的大型强子对撞机在2014年开始进行铅核与铅核对撞实验,并已确认夸克胶子等离子体表现出完美流体的现象。

这种等离子体寿命非常短,在宇宙大爆炸后的百万分之几秒间存在过,其内部相互作用仍然存在一些待解的谜团。王新年等发现,它们表现出超出目前人们了解的更多流体性质。数值模拟显示,在偏心原子核对撞中产生的膨胀流体具有丰富的局部涡流结构,它与等离子体的流体性质和内部粒子相互作用相关。模拟显示该等离子体沿着和垂直于对撞原子核束流方向膨胀并具有涡流性质的局部旋转。就像用手指轻弹一枚硬币让它旋转一样,非对心碰撞的原子核系统携带巨大的角动量通过粒子之间相互碰撞最终以局域涡流的形式存在于夸克胶子等离子体中。

数值模拟揭示,沿着对撞核束流方向存在一个右手螺旋方向的涡流。此外,在纵向或束流方向还有很多方向相反的涡流对。这些甜甜圈形状的涡流类似于旋转的烟圈,是经典流体力学中的常见特征。数值模拟还揭示了一种来自等离子体中热点的横向膨胀集体流,形状像车轮向外发散的辐条。该数值模拟的时间尺度非常小,大约是光穿越1020个质子所需的时间。同时,这种带有涡流的流体像火球一样爆裂,朝外喷射出粒子流。

王新年指出,任何对夸克胶子等离子体特性现象的理解都有助于解释高能原子核碰撞实验的数据,该数值模拟中显示出的类似甜甜圈的涡流结构是完全出人意料的。“希望这能提供另外一种途径理解为什么夸克胶子等离子体是如此完美的流体。”他说。

该数值模拟为夸克胶子等离子体的流体行为提供了更多的证据,按照很久以前的理论,它像某种气体。王新年介绍说,而现在人们能描述它的唯一方法就是需要非常小的黏滞性(几乎没有摩擦),这是“完美流体”的一个特征,但它不是人们熟知的宏观流体比如水,它是比水分子尺寸还小数万倍的微观流体。

美国俄亥俄州立大学教授、相对论重离子对撞机的STAR实验合作组成员迈克·里萨说,尽管有最新理论研究结果,但到目前为止在实验上还没有能力测量到等离子体中的涡流结构。STAR实验合作组的目标就是研究夸克胶子等离子体的形成及其特征。

里萨说:“王新年及其合作者的数值模拟已显示出流体的涡流结构,更重要的是提出了一种在实验中测量这些结构的方法。”里萨表示,现在实验家正在分析相对论重离子对撞机和大型强子对撞机的实验数据,希望能证实这些理论预言。他表示:“创新就应该像这样,即理论家和实验家携手合作探索新现象,并希望把对夸克胶子等离子体的认识推向更深的层次。”

 


科技日报 2016 11 24

李政道与北京正负电子对撞机

柳怀祖

粒子物理学(2016 年 10—11 月) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版)

小平同志感谢李政道对祖国高能物理事业的关心和帮助

 

粒子物理学(2016 年 10—11 月) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版) 

李政道看到对撞机土建施工进展迅速非常高兴

 

粒子物理学(2016 年 10—11 月) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版) 

方毅同志听取李政道对中国第一台高能加速器建设方案的意见

 

粒子物理学(2016 年 10—11 月) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版) 

李政道(左一)与袁家骝(右一)、吴健雄(中)夫妇在一起。

 

编者按 在我国正负电子对撞机研制的光荣榜上,不能少了李政道的名字。在中美建交初期,李政道以极大热情和对祖国科技发展的殷切盼望,做出了大量不为一般人所知的贡献和奉献。作者柳怀祖也是对撞机建设的参与和见证者之一,并和李政道教授保持了数十年交往。在国内外再次热议中国是否应建大型对撞机的话题方兴未艾之时,在李政道诞辰90周年之际,他追述了这段热情和热泪交织的岁月,感动之余,也应对人们的思考有所裨益,奉上以飨读者,限于版面,此文有所删节,精义应在。

北京正负电子对撞机是上世纪80年代我国改革开放后的第一台在充分学习国外先进科学技术基础上,自力更生研制成功的大科学装置。自1984107日奠基后,在党中央、国务院和邓小平同志的直接关怀领导下,我国上万科技人员、工人、干部,经过1500多个日日夜夜地顽强拼搏,高质量建成,并于19881016日实现了正负电子对撞,这标志着我国进入高能物理研究的科技先进国家之林。

19881024日小平同志和在京中央领导同志视察正负电子对撞机。小平同志即席发表了《中国必须在世界高科技领域占有一席之地》的重要讲话。小平同志在这篇不长的讲话中特别指出了“当然,有李政道教授和其他国际朋友的帮助,使我们少走弯路。”并与李政道教授亲切握手,当面致谢。他还与在场美国科学家一一握手,一起合影。工程领导小组的谷羽同志也向大家说,“没有李政道教授和其他国际朋友的帮助,特别是李政道教授的帮助,工程不可能这么顺利。工程如此好如此快,李政道教授付出了很大精力,做出了杰出贡献,是有大功的”。

直言建议,尽力帮助

政道教授一直十分关心祖国科学和教育的发展,尤其关注祖国高能物理研究的发展。19772月政道教授来访,得知我们已经开始了40GeV质子固定靶加速器的预制研究,虽然他更倾向于正负电子对撞机,但认为自己不应说三道四,没有表态。

197712月,政道教授和袁家骝及吴健雄先生听说我们已正式决定“八七工程”为40GeV质子固定靶加速器上马后,三人还是给张文裕先生写了一封信。信中指出,如4GeV的正负电子对撞机有它独特的价值,可以做很好的基础研究和同步辐射的应用研究工作,并且比较适合当时中国的经济能力。

此时“八七工程”已经上马,我们没有接受他们的建议,但政道教授还是尽力相助。他与美国能源部和布鲁克海文实验室联系,安排中国考察组再去布鲁克海文实验室访问。那时候中美还没建交,政道教授花费了许多时间和精力,终于设法安排谢家麟先生与美国能源部负责人会见。

政道教授还认为,在中国加速器开始建造的时候就必须立刻培养将来做实验的人才。经他与美国20多所大学和三大国家高能实验室,即布鲁克海文国家实验室、费米国家实验室和斯坦福直线加速器中心联系,他们都非常欢迎我们派遣访问学者。

19787月,高能所和有关研究所就向美国五大国家实验室和部分大学派出了近40名科研人员,有陈森玉、张肇西、周月华等。这些科研人员在美国被称作“李政道学者”,后来都成为骨干。

政道教授十分尊重中国政府,一旦政府做了决定,即使不赞成,他也尽全力帮助,可见其赤子之心。

中美高能物理合作的开始

19791月小平同志访问美国时,与卡特总统签署了“中美高能物理科技协议”,方毅副总理以中国国家科委主任的身份与美国能源部部长施莱辛格签署了“中华人民共和国国家科学技术委员会和美利坚合众国能源部在高能物理领域进行合作的执行协议”。

稍前一点,19791月中旬,“八七工程”总工程师林宗棠和高能所陆献林副所长带团在美国考察,这个团是在政道教授努力下促成的。

方毅副总理签署的那份协议只是框架性的,政道教授建议双方组织一个官方性质的两国高能物理合作的联合委员会,负责此后合作工作。

双方商定,“中美高能物理合作联合委员会”由美国能源部及其所属的五大高能物理国家实验室和中国科学院及所属高能物理所组成,美国五大高能实验室分别是:美国阿贡国家实验室、布鲁克海文国家实验室、费米国家加速器实验室、劳伦斯伯克利国家实验室和斯坦福直线加速器中心。宗棠等与美方有关人员研究了一些具体问题,并决定当年6月在北京召开联合委员会第一次会议。

此后,这个联合委员会成为中美科学界一件重要的事。会议每年召开一次,轮流在中美两国召开,至今未中断过。

197961012日,联合委员会在北京饭店召开了第一次会议。中方的主席是张文裕,执行主席是林宗棠,主要成员是朱洪元、胡宁、谢家麟和肖健。美方执行主席是能源部的詹姆斯·李斯,成员有李政道及美国五大高能物理实验室的负责人、能源部的一些官员及袁家骝。

谈判节外生枝,李斯突然说他没有被美国能源部授权,所以不能以美国能源部代表的名义签字,只能以高能委员会美方主席的名义签。

因为“中美高能物理合作协议”是国家科委和美国能源部签的国家级协议,补充协议也必须以这样的层面签。而且第二天签署协议的所有准备工作都做好了,签字后小平同志接见和晚上方毅同志的晚宴也都已经做好了安排。

我们一下子不知如何是好。政道教授在两边调停,找潘诺夫斯基(我们都叫他老潘)利用时差给白宫打电话,又让李斯向美国能源部请示。方毅同志十分冷静,让做两手准备,如果美方争取下来授权签字,所有活动照旧;李斯如果没能被授权,那么小平同志的接见取消,晚宴仍按计划进行,因为就算没有签,他请一次客也是很应该的,就当作是对双方的一种慰劳,和对第一次高能物理合作会议召开的庆祝,尽一下地主之谊。

我们这些工作人员在工作间和会议室的地板上躺了一晚上,心里不踏实,根本睡不着。

第二天得到消息,白宫那边答应授权签了。皆大欢喜。

下午在人民大会堂举行了《中华人民共和国国家科学技术委员会和美利坚合众国能源部在高能物理领域进行合作的执行协议的附件》和《19796月至19806月中美高能物理技术合作项目》的签字仪式。这个“执行协议的附件”,后来也成了中美其他科技领域合作的一个范本。

促成这次会议成功,政道教授又立大功。这次会议上,政道教授经常与我沟通,也就比较熟了,我们开始了之后三十年的忘年之情。

这次会议除了签署两个协议外,双方还决定中国高能加速器工程在美国建立一个办事处,设在费米实验室,负责协调合作中的一些事务,这是新中国在美国设立的第一个非外交使团的专门办事处。办事处遇到困难和问题时,总是请教政道教授,他总是十分热心给予帮助。

这个历史不长的办事处起了很大的作用,也为后来北京正负电子对撞机工程开辟了渠道。

2×2.2GeV正负电子对撞机方案的出台

1980年国家对国民经济进行调整。19811月国家计委决定停止“高能物理实验中心”(八七工程)的筹备,并“一刀切”地停止了拨款,在美国的40多位“李政道学者”的生活费也停发了,十分狼狈。多亏政道教授帮助从美方各渠道解决才维持下来。如何处理丢下的“半拉子工程”和剩下的预研经费成为一个亟待解决的问题。

政道教授十分着急,19811141923日连打三个电话,建议中方派人赴美正式通报并商量以后合作内容。方毅和“八七工程”总指挥赵东宛同志按照此建议,派朱洪元、谢家麟等人于1981316日到美国费米国家实验室与美国五大高能物理实验室的负责人及有关科学家们举行了非正式会议。

会上,老潘提出了建造2×2.2GeV正负电子对撞机的方案,强调这样一台对撞机对高能物理研究具有前沿意义,还可以加装同步辐射装置。而且造价不是很高,“八七工程”预研刚好剩了这么多钱。建议得到多数与会者赞同。

这是1976年老潘与政道教授都认为较好的方案,也与197712月政道教授和袁家骝、吴健雄致信文裕先生提出过的建议相近。

5月,科学院物理数学部和国家科委“八七工程”指挥部及高能所几次论证,也都倾向该方案。科学院决定派物理数学部的邓照明和朱洪元、谢家麟先生1010日再次赴美商谈。

谁料,科学院学部主席团突然又决定经费不能超过7千万元,方案还是质子,因为“八七工程”已经做2-5GeV质子同步加速器的注入器,用来做此成熟领域的研究更牢靠,至于正负电子对撞机,因为它技术难度很大,则等预制完成后再说,而且也有需要重新审批。

政道教授对这个唐突的变化十分意外,极力请来美的邓照明给科学院领导打电话反映自己的意见。科学院领导表示同意他意见并报了国家计委。

国家计委正在研究时,1215日政道教授亲自回来了。他这次来,一是把他母亲的骨灰从台湾奉回来,安葬在苏州老家。当然他也不放心对撞机方案的落实,还有就是中美联合招考我国物理研究生即CUSPER项目的问题。

1219日,科学院领导会见政道教授时,说方案还在研究,政道教授又急了,他说,如果中国政府要想继续中美两国的高能物理合作,就要尽快拿出个方案,否则就等于宣布中断两国政府的合作协议。这样一来,将来如果再想恢复,困难就难以想象了。而且中断两国的高能物理合作,就会被认为政府说话不算数,对祖国的形象也会有很大损害。他还说,他个人为祖国尽力,花了很多心血,如果中断了合作协议,他只好宣布退出中美高能物理联合委员会。

因为26日就要回美国,他要求25日再与科学院领导谈一次。

三个“不再犹豫”定乾坤

因为政道教授的强烈意见,22日,李昌同志和钱三强副院长(嘉锡院长没在北京)给中央写了一份紧急报告,“请求中央批准我们125日上报的正负电子对撞机方案,继续执行中美高能物理合作协议,并于明年二月底在北京召开中美高能物理联合委员会第三次会议。”抬头除了给小平、耀邦、紫阳同志外,还加上了万里和姚依林两位副总理。

小平同志22日当天就批示,“这项工程已进行到这个程度,不宜中断,他们所提方针,比较切实可行,我赞成加以批准,不再犹豫。我近日拟请李政道吃个便饭,请万里、依林同志参加。”耀邦同志批示赞成。

25日中午,小平同志会见并请政道教授吃饭。会见前,小平同志对李昌同志说:“要坚持,下决心,不要再犹豫了。”在谈到工程进度和经费时,他对姚依林说“五年为期,经费要放宽一些,不要再犹豫不决了,这个益处是很大的。”

小平同志连续用了三个“不再犹豫”,可见他当时的决心。这三个“不再犹豫”,定了北京正负电子对撞机建设的乾坤。

1983年小平同志赞同科学院领导建议,由谷羽同志负责领导北京正负电子对撞机工程后,政道教授深知中国政府和领导人对应用研究的关心和重视,所以也多次建议我们考虑在对撞机的存储环上增加同步辐射光束线,这样对撞机就不仅仅是一台基础研究用的科研设备,而是同时可以进行应用研究。他曾经告诉过谷羽同步辐射光的重要,所以谷羽在具体深入了解后正式向中央建议,把对撞机建设的方针改为“一机两用”。

邓小平奠基开始了对撞机工程的建设

1984107日上午,北京正负电子对撞机工程破土动工。我成为奠基仪式现场的总指挥。前一天晚上,政道教授和我一起认真查看了第二天的所有活动场所。

小平同志来了以后,就先在北京正负电子对撞机模型前,由家麟先生先给他们介绍了对撞机的性能和用途。最后,家麟先生说,“在工程的论证过程中,李政道教授付出了艰巨的劳动。”小平同志马上向在场的政道教授表示感谢。政道教授激动地说:“应该谢谢邓主任的关心和支持。”小平同志也非常赞赏和支持政道教授提出的中美高能物理合作的设想和培养人才的各项建议,并当面多次向政道教授致谢。

1982年谷羽接手领导对撞机工程。政道教授、老潘及美国五大高能国家实验室也十分真心帮助和支持我们,几乎是“有求必应”。政道教授还建议聘请潘诺夫斯基做工程领导小组的科学顾问。

政道教授每次来国内,小平同志都亲自会见、宴请,有很深的感情。每当对撞机工程遇到问题,政道教授总是帮助“逢山开路,遇水搭桥”,不惜时间、精力、尽力,帮助渡过一个又一个险滩难关,为北京正负电子对撞机的建设成功起了极为重要的作用。我们都十分敬重这位杰出的炎黄子孙为中华民族做的一切。

从谷羽同志1983年参与领导北京对撞机工程后,政道教授与我保持了直接密切的联系,每周都有几次传真,甚至更多。政道教授和夫人秦惠公式每次回来,也都由我全程陪同。他们还常让身边的研究生庞阳与我通电话。

“小金马”的故事

19861016日对撞机实现正负电子对撞后,我马上就告诉在美国的政道教授。他非常高兴,立即放下所有的工作,带着一尊“小金马”上了飞机。1018日早晨,我们去首都机场接他。他看见我们以后立马就把“小金马”从旅行箱取了出来,交给了高能所方守贤所长。政道教授说:“我履行两年前的诺言,把谷羽先生赠给我的‘马踏飞燕’交给北京正负电子对撞机国家实验室。”

这事的缘由是19857月,政道教授来华时的一次晚宴上,谷羽同志将一尊“小金马”赠送给他。她对政道教授说:“这几年来,您为北京正负电子对撞机的建设,为中国科学技术和教育事业的发展,做了大量工作,不辞劳苦地给予我们很多帮助、指导和支持。我和同事们非常感动,也由衷感谢您。为了表达我的心意,我把这尊‘马踏飞燕’送给您,留个纪念。希望李先生今后继续关心帮助我们,使北京正负电子对撞机工程建设像马踏飞燕那样快速前进,早日建成。”

这尊金色的“马踏飞燕”,是当年国家对谷羽同志为我国国防科学技术事业做出重大贡献的纪念品。政道教授知道这“小金马”的分量非同一般,马上起立说:“送我这尊记载着谷羽先生历史功绩的珍贵纪念品,我是不敢当的。但是,我理解谷羽先生对我的殷切期望。我暂时收存这尊‘马踏飞燕’。当对撞机工程竣工的时候,我将完璧归京,将它奉献给北京正负电子对撞机国家实验室。”谷羽同志和政道教授简短而又情真意切的讲话赢得了大家热烈的掌声。

仗义执言

谷羽同志在高能所改革中触犯了一些人的利益,得罪了一些人,19856月底7月初,科学院和高能所一些人把谷羽同志告到中央,说她有经济问题、违反人事纪律等等。

“临阵易帅”是兵家大忌,何况“阵中易帅”。高能所的主要专家联名上书为谷羽鸣冤。政道教授一听到此事就急了。19857月在和小平同志见面的时候,他谈了这个事,说谷羽同志做得很好,此时不能换将。小平同志当时并不知情,就当着在场人的面问怎么回事。现场当然没人回答,小平同志就说:“没有人不让她干,就让她干下去!”

回美国后,8月份政道教授又专门为此事分别给启立、谷羽同志写信,信是让我转的。在给启立同志的信中说:“高能加速器工程和科技之复杂及精密的要求,可与原子弹及导弹相比;其组织需高度的集中和权威。现在仅系开始,今后难度更大,总体性更强。必须全力以赴,不宜再有干扰。谷羽先生和工程领导小组这一年来的成果是决不简单的,竭盼您和其他领导人继续给予强有力的支持,则成功可望……”还在他认为重要的话下面划了线。

在给谷羽同志的信中写道:“高能事业亟需您的继续努力。积极干(下)去,成功有望。八八年对撞机工程完后,我们同将您的飞马陈列在高能所中,象征祖国的前景。”

因为诬告谷羽同志的信中也捎带上了我,所以也给我写了一封信,信中写道: “七月在北京时能多次畅谈,甚为高兴,高能事业的前途亟需谷羽先生和您的努力,务请继续干(下)去。每做一件正当的事情,不免有人妒忌,虽然人言可畏,但不能因之而萎。八八年对撞机工程完成后,我们同将谷羽先生的飞马陈列在高能所,以示庆祝。”同时,政道教授和惠公式夫人还让庞阳给我打电话,安慰和鼓励了一番。

后来证明全系子虚乌有。由于几条“罪状”都查无实据,同时小平同志又过问了一下,此事才拖了下来。

推动中国参与国际合作研制的“超级对撞机”

我国正负电子对撞机198810月建成后,其质量之优秀、价格之低、产品研发制造能力之强,令美国科学家折服。此时,正值美国牵头的有15个国家、地区参与的总长达80多公里的20TeV的超级超导对撞机建造工作正如火如荼。在政道教授的积极推动下,中美科学家广泛交换意见,特别经中美高能物理联合委员会的渠道讨论,1993年中国政府决定,中国参加国际合作的美国超导超级对撞机的国际合作,并将以各种中国产品作为投资,同时也可学习、引进新的技术,了解新动向。

政道教授建议仍沿用领导小组的组织形式,成立了规格很高的国务院超级对撞机国际领导小组,由时任国务院副总理朱镕基为组长,国务委员、国家科委主任宋健为副组长,成员有国务院副秘书长徐志坚,国家计委副主任甘子玉,国务院经贸办副主任张寿,中国科学院院长周光召,航空航天部部长林宗棠等。宗棠为常委成员兼办公室主任,负责日常工作。

为方便对外技术交流和商务程序,领导小组办公室亦以“中国加速器研发中心”名义对外活动,一套人马,两块牌子。宗棠亦为这个“中心”主任,我为副主任。从航空航天部等单位调了精兵强将来参加这个项目的国际合作工作。领导小组处理具体合作项目技术和商务上的问题,及具体组织落实我方各单位的研制,我们力争有更多的合作研究和生产制造。双方合作十分热络,我国参加此项目的有关研究、生产单位都是各部委所属的大单位,达22个以上。宗棠还陪政道教授赴西安等地实地考察,了解情况。周光召、甘子玉等领导小组成员还多次会见美国能源部和超级对撞机实验室的领导人,讨论合作中的问题。美方人员还多次到中方参加合作的研究所、工厂,现场具体研究和讨论。

领导小组办公室(加速器研发中心)不定期向领导小组成员、各有关部委和参加单位发“超级对撞机简报”,刊头是政道教授题写的。政道教授还推荐陈森玉等为超级对撞机实验室的正式科研专家,参加超级对撞机的设计研制工作。

当我们准备为“中国制造”加速器大干一场时,不料,199310月美国国会参众两院为削减赤字,决议停建超导超级对撞机。我们也只得停止了研制工作。

上世纪90年代后,政道教授又十分热心支持和帮助了北京正负电子对撞机的改造工程、大亚湾的中微子实验、广东东莞的散列子中源工程等。政道教授热情帮助做了很多工作,不改当年。现在这些项目也已陆续完成,有的已做出了十分出色的研究成果。

 


中国科学报 2016 11 24

探访日本超级对撞机

新华社电 日本国内亮度最高的超级对撞机SuperKEKB已改建完成,预计明年开始对撞实验。记者日前应邀到日本高能加速器研究机构筑波园区,参观了装在那里的SuperKEKB

日本高能加速器研究机构是从事高能物理和加速器等物理学研究的综合性机构,归文部科学省管理。筑波园区在东京以北约70公里。周长为3000米的环形对撞机SuperKEKB位于地下11米处,它的前身是1998年开始运行的非对称正负电子对撞机KEKB

KEKB对撞机由能量为8EeV的电子与能量为305GeV的正电子对撞,过程中产生大量B介子,因此也称为B介子工厂。正是KEKB对撞机的对撞结果证实了日本科学家小林诚和益川敏英提出的、用于解释“CP对称性破缺”现象的“小林—益川理论”,帮助两人获得了2008年诺贝尔物理学奖。

2010年,KEKB停止运转。日本高能加速器研究机构对KEKB进行了大规模改造,开始建设亮度是KEKB40倍的SuperKEKB

亮度是对撞机的重要参数,是指单位时间内截面碰撞发生的频率,也是粒子加速器中粒子对撞数量的测量标准。亮度越高,粒子对撞的几率越大,获得的数据也更多,这也意味着获得新发现的可能更多。

目前,SuperKEKB已改建完成,但用于测定对撞时产生的各种粒子的测定器BelleⅡ仍在建设中,将于2017年下半年全部建成后投入运转。

届时,SuperKEKB将成为全球对撞亮度最高的对撞机,而BelleⅡ将可对对撞产生的大量基本粒子进行高精度地检测分析。

SuperKEKB是由日本主导建设,也是一个国际合作项目,来自欧美国家和中国的研究人员也加入到这一项目的研究开发之中。4名在此工作的中国年轻研究人员参与对记者的接待。他们主要来自中国科学院高能物理研究所,在美国学习后作为博士后在日本高能加速器研究机构工作。

他们表示,通过国际合作,这样的大型物理研究项目能够产生最大研究成果,希望中国研究人员能更深入地参与到类似的国际合作研究项目中。(华义)

 


科技日报 2016 11 26

探寻中微子的“放大镜”有了中国造

国内首条20英寸新型光电倍增管生产线启动

本报记者 张 晔

“光电倍增管是高能物理实验的一个非常关键、非常基础的部件,没有它很多实验就没法做。”1125日,在南京举行的20英寸微通道板型光电倍增管(MCP-PMT)的生产线启动仪式上,中科院高能所所长王贻芳院士动情地说。

在接下来的两年里,北方夜视技术股份有限公司将生产1.5万支具有自主知识产权的20英寸光电倍增管用于江门中微子实验,这也标志着江门中微子实验迈出了非常关键的一步。

光电倍增管是检测微弱光信号的光电元件,具有极高的灵敏度和超快的时间响应,就像猎手敏锐的双眼。中微子是组成物质世界的最基本的粒子之一,但我们却感觉不到它们的存在。“为了探测中微子,我们在江门地下700米深处建造一个直径35米的球形探测器,并要把球形探测器浸泡在一个直径约43米的圆柱形水池中。在球形探测器内部要灌装2万吨液体闪烁体,外部则布满20000支光电倍增管。”中科院高能物理所钱森副研究员说。江门中微子实验基地核反应堆释放出的中微子进入球形探测器,在线性烷基苯为主的液体闪烁体中,会留下痕迹,发出极其微弱的光。而球形探测器外部的光电倍增器就像“放大镜”,及时捕捉到微弱的光并转化为电信号放大输出,才能探测到幽灵般中微子的行踪。

在上世纪六七十年代,全世界还有数家光电倍增管生产企业,其中我国也有23家。但是自八十年代日本滨松公司为神冈中微子实验研发20英寸光电倍增管,大幅提高技术水准后,别的企业再也无法与其竞争。

我国在大亚湾中微子实验中所用的2000多只8英寸口径光电倍增管全部由美国合作者从滨松公司购买。因此光电倍增管被称作中微子实验中技术含量最高、最关键的部件,也是我国开展中微子实验的瓶颈。

记者在北方夜视南京分公司生产线上看到,20英寸光电倍增管像一个硕大的灯泡,钱森把它比做一个视力极好的“大眼睛”:正常人全黑环境下的感光下限约为20个光子,而光电倍增管则能分辨出一个光子。

据专家介绍,2008年大亚湾反应堆中微子实验工程建设期间,高能所启动了光电倍增管的预研,一方面是因为实验要求极高,当时国际上最好的光电探测器件性能也达不到要求,另一方面,希望实现该部件的国产化。

2011年,由高能所牵头,北方夜视技术股份有限公司、中科院西安光学精密机械研究所、中核控制系统股份有限公司和南京大学等组成产学研合作组。经过4年攻关,攻克了高量子效率的光阴极制备技术、高收集效率、低噪声、高增益微通道板、大尺寸低放射性本底的玻壳、以及真空光电子器件封装技术等多个技术难点,最终研制出量子效率、收集效率和单光电子峰谷比等关键技术指标达到国际先进水平的样管,并有潜力进一步改进,达到全面领先。

钱森告诉记者,通过江门中微子实验,我国科学家将奔着解决国际中微子研究中下一个热点和重大问题而去,即测量中微子质量顺序,也就是给中微子的质量排序。光电倍增管的成功国产为科研工作扫清了最后一道障碍。

 


中国科学报 2016 11 28

首条20英寸新型光电倍增管生产线启动

本报讯(记者倪思洁)1125日,由中国科学院高能物理研究所(以下简称高能所)牵头成立的微通道板型大面积光电倍增管研制合作组(以下简称合作组)宣布,国内首条年产7500支的20英寸微通道板型光电倍增管生产线建成运行。未来两年内,中国兵器工业集团北方夜视技术股份有限公司将为中科院战略性先导科技专项——江门中微子实验提供1.5万支该产品。

该生产线的建成及运行,标志着20英寸新型光电倍增管正式进入批量生产阶段,它不仅是产学研有机结合的范例,也将为我国在中微子实验的研究领域再登高峰夯实基础。

中微子看不见摸不着,只参与弱相互作用,即便是与液体闪烁体相互作用也只产生很少的光子,极难探测。要想探测中微子,就需要极弱光探测技术即光电倍增技术,该技术可以检测微弱光信号,具有极高的灵敏度和超快的时间响应,就像猎手敏锐的猎眼。

20英寸新型光电倍增管代表着光电倍增管的最高技术水平。”高能所所长王贻芳告诉《中国科学报》记者,光电倍增管是粒子物理及核物理实验的关键通用部件,其主要作用是将光信号转换为电信号。

据悉,2008年,在高能所提出大亚湾中微子实验二期实验(现更名“江门中微子实验”)设想时,大亚湾中微子实验所用的2000多支8英寸口径光电倍增管由美国合作者从日本购买。

在此背景下,高能所决定启动新型光电倍增管的预研并希望实现国产化。2011年底,由该所牵头,并与北方夜视技术股份有限公司、中国科学院西安光学精密机械研究所、中核控制系统股份有限公司和南京大学等单位组成合作组。

合作组用4年时间,攻克了高量子效率的光阴极制备技术、微通道板、大尺寸玻壳等多个技术难点,最终研制出量子效率、收集效率和单光电子峰谷比等关键技术指标达到国际先进水平的样管。

记者了解到,江门中微子实验计划将于2018年底启动光电倍增管安装工作,并预计于2020年前后开始中微子实验的数据采集工作。

 

 

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