粒子加速器全名为“荷电粒子加速器”,是使带电粒子在高真空场中受磁场力控制、电场力加速而达到高能量的特种电磁、高真空装置。是人为地提供各种高能粒子束或辐射线的现代化装备
自E·卢瑟福1919年用天然放射性元素放射出来的α射线轰击氮原子首次实现了元素的人工转变以后,物理学家就认识到,要想认识原子核必须和粒子进行同步的研究。随后应用粒子加速器发现了绝大部分新的超铀元素和合成了上千种新的人工放射性核素,高能加速器的发展又使人们发现了包括重子、介子、轻子和各种共振态粒子在内的几百种粒子。
目前,欧洲大型强子对撞机是现在世界上最大、能量最高的粒子加速器。
在我国,加速器事业是随着原子能事业的发展,自50年代后期开始发展的。2015年10月,中科院高能物理研究所宣布中国将于2020年至2025年间开始建造世界最大粒子加速器,这项安装将可让科学家们能更多了解宇宙的运作。这项计划的最终概念将在2016年底完成。
在 2012 年欧洲核子中心发现希格斯粒子以后,基础物理学的发展面临一个转折点和一个难得的机遇。我们建议建设一个世界上最大的加速器基地,研究希格斯粒子及相关的科学问题,并寻找未来发展的突破口。该项研究将需要使用和发展世界上最先进的加速器、机械、电子、微波、低温超导、计算机及网络等技术,可以大大推动相关领域的发展。中国建造的粒子加速器将创造出一个能单单产出希格斯玻色子的高纯度环境。
在未来 20 年内,随着中国经济实力的发展,中国应该拥有这样世界顶级水平的大型科学研究中心并引领世界科技的发展,
在 2012 年 9 月的一次讨论会上,有人为我国高能物理的发展提出一个新的方案:在我国建设一台周长50~70 km的环形正负电子对撞机(Higgs工厂)。
能量为 240 GeV。这可以大量产生希格斯粒子,精确研究其性质,寻找回答以上科学问题的线索。运行若干年后,在同一隧道内建设一台质子 - 质子对撞机,能量超过现在 LHC 的 7 倍,以寻找新的物理现象与新粒子。
建设环形加速器所耗财力
过去几十年,各国对大型加速器建设均投入巨资。
下列数据列出了过去各国对大型装置的投入占当年 GDP的比例。
- BEPC 投入 /4 年 / 中国 1984 年 GDP ≈ 0.0001
- SSC 投入 /10 年 / 美国 1992 年 GDP ≈ 0.0001
- LEP 投入 /8 年 / 欧盟 1984 年 GDP ≈ 0.0002
- LHC 投入 /10 年 / 欧盟 2004 年 GDP ≈ 0.0003
- ILC 投入 /8 年 / 日本 2018 年 GDP ≈ 0.0002
- CEPC 投入 /6 年 / 中国 2020 年 GDP ≈ 0.00005
- SPPC 投入 /6 年 / 中国 2036 年 GDP ≈ 0.0001
可见,CEPC 及 SppC 的建设投资占 GDP 的比例低于或等于当年建设 BEPC 时的比例。世界各国当年的投入一般也高于此比例。表明我们有能力建设该项目。
意义回报
虽然该项目投资巨大,但回报却是相当清楚,包括:
(1)确定的世界领先科学成果;
(2)关键技术的研发、进步和推广,带动中国高端制造业发展,加快社会与经济的发展;
(3)科学思想及理念的普及推广;
(4)高端人才的聚集与引进;
(5)青年人才的培养和教育质量的提升;
(6)管理方式的国际化及其推广;
(7)地方社会与经济的发展;
(8)国际合作及科技外交;
(9)提高中国的国际威望,加强软实力。
在 10 年内建设一个以大型加速器为龙头的国际科学中心和国际科学城,使我国的基础物理学成为世界第一,且能维持 30 年以上,这是国家发展的一个难得机遇。因为科学研究是国家发展的根本动力,科学对人类社会的发展及现代生活方式的建立做出了巨大的贡献。
为了实现中国科学梦,建设环形加速器实在刻不容缓!