欧洲粒子物理新政志在全球

新的欧洲粒子物理计划为未来的线性对撞机提出了一条国际合作路线。资料来源:KEK

最新的欧洲粒子物理计划可能为这一领域的研究提供一个全球方向。

■段鑫，本报实习生

欧洲粒子物理计划曾经只为欧洲物理学家提供研究方向。5月30日发布的最新欧洲粒子物理计划可能为这一领域的研究提供一个全球方向。

更新后的计划以2006年制定的原始战略为基础。可以预见，它的主要目标是全面开发世界上最大的原子加速器——位于瑞士日内瓦附近的欧洲粒子物理实验室的大型强子对撞机(LHC)。2010年，LHC开始收集数据，去年它探测到希格斯玻色子，这是科学家们孜孜不倦追求的粒子，对于解释其他基本粒子为何有质量至关重要。

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更重要的是，更新后的战略首次明确表示，欧洲愿意加入其他大型项目，即使它们位于北美或亚洲。欧洲核子研究组织总干事罗尔夫·迪特·豪雅说:“一旦他们有了明确的计划，欧洲愿意参与其他地区的研究项目。”豪雅也是欧洲战略集团的成员，该集团负责制定最新计划。

更新后的计划可能会产生巨大的影响。最近，一些小实验和粒子物理学家集中在三个大项目上。第一个项目是LHC，研究人员计划将该项目持续到2030年，希望找到其他新的粒子。第二个项目是国际线性对撞机(ILC)，科学家们希望建造它已经超过十年了。ILC是一台超高能正负电子对撞机，它使物理学家能够研究LHC发现的任何新粒子。第三个项目是科学家致力于进行比现有实验更大规模的研究。中微子是极难探测的粒子。该实验旨在研究三种类型的中微子如何从一种类型转变为另一种类型——通常被称为中微子振荡。这将有助于解释为什么宇宙中物质的数量远远超过反物质。

然而，物理学家们尚未就谁将建造美国研究人员一直想“拥有”的国际生命周期研究项目达成一致。2008年，美国能源部表示，它负担不起该项目50%的资金份额——约70亿美元。从那以后，许多科学家认为欧洲核子研究中心是建造该设施的合适地点。然而，去年，日本官员表示有兴趣实施该项目——2011年日本东北部海啸重建基金的一部分将用于国际劳工大会项目。中微子物理的研究更加模糊:日本、欧洲和美国的物理学家都希望进行大规模的中微子实验。

更新的欧洲粒子物理计划的两个部分也许能够解决这些情况。关于线性对撞机，该文件提到:“日本粒子物理学界希望在日本开展的国际粒子对撞机项目非常受欢迎。欧洲期待日本提议讨论欧洲将如何参与。”关于中微子物理，该文件提到:“欧洲应该探索成为美国和日本实施的长基线中微子项目的主要参与者的可能性。”

欢迎合作

对参与国外项目感兴趣的想法有助于探索更广泛的粒子物理全球计划。人们可以想象在这个领域中连接不同的信息点。例如，日本建造了国际实验室，美国进行了大规模的中微子实验。当然，到目前为止，没有人敢保证日本*真的能投资数十亿美元在国际劳工大会项目上。

然而，更新后的策略相当于美国科学家的长基线中微子实验(LBNE)计划的一剂强心针。LBNE将使用34，000吨液态氩——储存在南达科他州里德附近废弃的Homestake矿地下1480米处——来探测1300公里外伊利诺伊州巴达维亚费米国家加速器实验室的中微子束。

然而，2012年3月，美国能源部表示，很难为该实验项目提供19亿美元，并进一步要求以较低的成本进行实验。纽约阿普顿布鲁克海文国家实验室的物理学家、LBNE合作项目的联合发言人米林·迪万说，物理学家目前计划在霍姆塔克矿的表面建造一个由10，000吨液态氩组成的探测器，总成本为8.67亿美元。为了使实验顺利进行，探测器必须建在地下，以避免宇宙射线的干扰。目前，LBNE研究人员和费米实验室官员正在为该项目寻求其他国家的资助。

欧洲的参与和伴随而来的资源使LBNE成为世界级的先锋实验。然而，LBNE的研究人员可能仍然感到被困。豪雅表示，只有美国承诺进行一流的实验，欧洲才会愿意参与。主动权掌握在美国手中。迪万说:“LBNE想要成为世界顶尖的项目，这意味着它必须基于建造地下实验设施的想法。欧洲希望美国这次能取得一些显著的成就。如果这是一个投资很少的衰退实验，欧洲不会选择参与。欧洲希望美国将承担这一领域的重要研究任务。”

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粒子加速器是一种通过人工方法产生高速带电粒子的装置。它是探索原子核和粒子的性质、内部结构和相互作用的重要工具。它在工农业生产、医疗保健、科学技术等方面有着重要而广泛的实际应用。目前，主要有以下类型的粒子加速器。

同步加速器:其主导磁场随时间变化，以确保带电粒子在恒定的轨道上旋转。为此，磁体被制成环形，这可以减轻磁体的重量。加速电场是交变的，其频率随着带电粒子回旋频率的变化而变化，以保证共振加速。同步加速器可以加速电子，这被称为电子同步加速器。它也可以用来加速质子，称为质子同步加速器或同步加速器。用来加速重离子的同步加速器，顾名思义，应该叫做重离子同步加速器。

回旋加速器:也称为微波回旋加速器，专门用来加速电子。在这种类型的加速器中，轴向磁场是均匀的，并且加速电场的频率是恒定的，但是不同之处在于加速间隙位于磁极的一端，并且电子轨迹是与加速间隙的中心线相切的一系列圆。电子每转加速一次，只要旋转周期等于加速电压周期的整数倍，共振加速是可能的。电子回旋加速器的能量不是很高，最大只有几十兆电子伏，束流强度为30 ~ 120微安，大部分用于医疗和辐射剂量学。

环形加速器:被加速的粒子以一定的能量在圆形结构中移动。粒子的圆形轨道由磁偶极子控制。与线性加速器不同，环形加速器可以连续加速粒子，粒子会重复通过圆形轨道上的同一点，但粒子的能量会以同步辐射的形式扩散出去。

直线加速器:带电粒子直线加速到加速器的末端。较低能量的加速器，如阴极射线管和x光发生器，使用一对DC电压差约为几千伏的电极板。在x光发生器中，目标本身就是电极之一。

《中国科学日报》(第三版国际版，2013年6月6日)