“作為中國下一代加速器，環形正負電子對撞機(CEPC)的設計與預研進展順利，計劃2022年完成技術設計報告。”近日，在高能同步輻射光源高端學術論壇上，中科院高能物理研究所所長、中科院院士王貽芳表示，在CEPC預研項目支持下，研究人員攻克了超導高頻腔、速調管、等離子體加速注入器、探測器等多項關鍵核心技術。
超導高頻腔是現代粒子加速器的“心臟”，可以通過極高的能量效率給帶電粒子加速。“未來10年，國內對超導高頻腔的需求在1000只以上。但是，我國超導高頻腔長期依賴進口，國內只有少量樣腔。”王貽芳說。
王貽芳介紹，在CEPC預研項目支持下，1.3吉赫茲超導高頻腔已經達到了國際最好水平，未來不僅可以用在CEPC上，還可以用在上海自由電子激光裝置、日本國際直線對撞機上。此外，650兆赫茲雙腔體的超導腔也達到預期指標。
速調管可以給超導高頻腔供應微波能量，是現代加速器的核心關鍵部件，在廣播電視發射、雷達、工業方面也有廣泛應用。我國自上世紀50年代開始研制加速器使用的大型速調管，但如今仍然依賴進口。
王貽芳介紹，目前國內速調管的微波能量只有80千瓦，壽命在1萬小時，只能實現50%的效率，而國際水平能達到1000千瓦能量、10萬小時壽命和60%的效率，“我們的目標是實現1000千瓦能量、10萬小時壽命，并達到80%的效率”。
“目前，速調管的第一支樣管已經研制成功，指標達到了設計要求，可用于散裂中子源等國內大科學裝置，第二支樣管也已經開始加工，以滿足CEPC高效率的要求。”王貽芳說。
CEPC在預研中還提出了以傳統方案保底、將等離子體加速技術用于加速器的方案。“國際上等離子體加速研究還在實驗室階段，沒有真正用于加速器。目前我們的模擬研究已經證明方案可行、束流質量能夠滿足要求，一些驗證試驗也將完成。”王貽芳說。
CEPC在探測器預研方面也取得了一些進展。“例如硅像素探測器方面，CEPC的目標是達到3至5微米的分辨率，目前我們研制的硅像素探測器主要指標已經達到或超過國外產品。”王貽芳說。
一直以來，粒子物理學家通過加速器讓粒子對撞產生出新物理現象來檢驗或挑戰粒子物理的基本模型。然而，隨著粒子物理研究的深入，對加速器的能力提出了更高要求。“現在全世界的高能物理學家都在研究下一代大型加速器。”王貽芳說。
從上世紀90年代起，日本科學家就開始研究國際直線對撞機，目前正在組織預研實驗組，計劃在10年之內開始建設。
歐洲核子中心(CERN)從2013年開始討論未來加速器計劃，2019年發布了從環形正負電子對撞機升級到強子對撞機的計劃，預計2028年開始建設正負電子對撞機，并于2038年運行，造價約為100億歐元。2020年6月，CERN在“歐洲粒子物理發展計劃”中提出，粒子物理發展的首要目標是建設正負電子希格斯工廠。
“美國也在討論一個全新的未來加速器發展計劃，很有可能會在繆子對撞機上有一些新想法。”王貽芳說。
2012年9月，我國高能物理學家提出了下一代加速器方案——環形正負電子對撞機—超級質子對撞機。2018年11月，CEPC研究工作組發布了概念設計報告，并轉入技術設計階段。
“我們的目標不再是在世界粒子物理領域占有‘一席之地’，而是要站在‘舞臺中央’。”王貽芳說。(記者 倪思潔)
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