Kiina aikoo rakentaa 640 miljoonan dollarin Super Tau-Charm Factory - Physics World -tehtaan

Kiinalaiset tutkijat haluavat rakentaa uuden elektroni-positronitörmäyttimen testatakseen hiukkasfysiikan standardimallia ennennäkemättömän yksityiskohtaisesti ja pitääkseen maan eturintamassa viehätyskvarkeja ja tau-leptoneita koskevissa tarkkuustutkimuksissa. Jos hyväksytään, 4.5 miljardin yuanin (640 miljoonan dollarin) Super Tau-Charm Factoryn (STCF) rakentaminen Hefeihin voisi alkaa vuonna 2026. Toiminta alkaisi sitten noin viisi vuotta myöhemmin.

STCF nähdään luonnollisena seuraajana Pekingin elektronin positronitörmäitin (BEPC), joka avattiin vuonna 1990. Se koostuu noin 240 metrin pituisista maanalaisista tunneleista kaupungin länsiosassa, joissa elektronit ja positronit kiihdytetään ensin lähelle valonnopeutta ennen kuin ne törmäävät toisiinsa muodostaen erilaisia ​​subatomisia hiukkasia. Tämän jälkeen Beijing Spectrometer (BES) tallentaa liikeradat, energiat ja sähkövaraukset reaktioprosessien rekonstruoimiseksi.

2–5 GeV:n energiaalueella työskennellyt BEPC on tehnyt joukon tärkeitä löytöjä, erityisesti charmikvarkkien ja tau leptonin fysiikassa. Esimerkiksi vuonna 1996 tutkijat käyttivät törmäyslaitetta tau-hiukkasen massan tarkkoihin mittauksiin. Sitä on myös käytetty neljää tai useampaa kvarkkia sisältävien "eksoottisten" hiukkasten tutkimiseen.

Edessä

Sekä BEPC:n kiihdytintä että spektrometriä päivitettiin merkittävästi 2000-luvulla, jotta niistä tuli nykyään BEPC-II/BESIII, ja uudistetun törmäyslaitteen odotetaan toimivan pitkälle 2030-luvun alkuun. Sen sijainti ja suhteellisen pieni säilytysrengas tarkoittavat kuitenkin, että suorituskyvyn lisäparannuksia on vaikea saavuttaa, minkä vuoksi Kiinan hiukkasfyysikot ovat nyt siirtymässä uuteen koneeseen.

Pekingin yliopiston hiukkasfyysikon Zhao Guangdan vuonna 2011 ehdottama STCF on rakenteeltaan samanlainen kuin BEPC, mutta se on yli kaksi kertaa suurempi. Sen lineaarinen kiihdytin on 400 m pitkä, kun taas elektronien ja positronien varastointirenkaat ovat kumpikin noin 800 m ympärysmitaltaan. Uusien kiihdytinteknologioiden ja huippuluokan spektrometrin avulla STCF toimii 2–7 GeV:n massakeskuksen energia-alueella ja yli 0.5 × 10:n huippuvalovoimalla.³⁵ cm^-2/s, noin 100 kertaa parempi kuin BEPC-II.

"BEPC on yksi hedelmällisimmistä ja menestyneimmistä tutkimuslaitoksista, joita Kiina on rakentanut", sanoo STCF:n johtava tutkija Zhao Zhengguo Kiinan tiede- ja teknologiayliopistosta (USTC). "Silti verrattuna [BEPC:hen] STCF lisää törmäysten määrää jopa 100-kertaiseksi ja avaa aivan uuden energia-alueen, jota ei ole koskaan aiemmin tutkittu suoraan." Hankkeen apulaispäätutkija Zheng Yangheng Kiinan tiedeakatemian yliopistosta kertoo, että STCF kerää kolmessa päivässä saman määrän dataa kuin BESIII vaatii vuoden keräämiseen.

Tämä mahdollistaa ensimmäistä kertaa sen, onko tetrakvarkissa todella neljä kvarkkia. "Odotan, että STCF pystyy tekemään lopullisia mittauksia paljastaakseen lopulta useiden eksoottisten hadronien sisäisen kvarkkirakenteen", sanoo Ryan Mitchell Indiana University Bloomingtonista, joka on BESIII-yhteistyön jäsen ja tukee STCF-konseptisuunnittelua. "Ja mikä tärkeintä, se auttaisi meitä myös ymmärtämään paremmin, kuinka vahva voima sitoo kvarkkeja yhteen."

Emme vain tiedä mitä odottaa tällä energia-alueella

Ryan Mitchell, Indiana University Bloomington

Koska 5–7 GeV:n energia-aluetta ei ole koskaan tutkittu millään hiukkastörmätimellä, STCF avaa oven kartoittamattomille alueille ja mahdollisesti jopa uudelle fysiikkaalle vakiomallin ulkopuolella. "Emme vain tiedä mitä odottaa tällä energia-alueella", lisää Mitchell.

Saavuttaakseen hyvin hallittuja törmäyksiä STCF:n sisällä Zhao ja hänen tiiminsä ovat kehittäneet keskeisiä teknologioita, kuten suuritehoisia elektroni- ja positronilähteitä, suprajohtavia magneetteja sekä säteiden tarkkaa mittaamista ja käsittelyä varten. "Jokaisen elektronin tai positronin oletetaan ohittavan potentiaalisen törmäyspisteen miljoonia kertoja elinkaarensa aikana", sanoo USTC:n Shao Ming, hankkeen johtava fyysikko. "Suunniteltua kirkkautta varten meidän on varmistettava, että se osuu pisteeseen enintään muutaman sadan nanometrin virheellä."

Jotta STCF olisi 100 kertaa valoisampi kuin BEPC-II, sen spektrometrin on pystyttävä paremmin käsittelemään ilmaisimen elektronisia signaaleja. Tätä varten on edistetty kumppanuuksia kotimaisten yritysten kanssa. Näitä ovat siru-, anturi- ja puolijohdevalmistajat, jotka voivat luoda komponentteja, joita Kiina ei voi ostaa länsimaista vientikieltojen vuoksi. "Synergia on toiminut hyvin projektissamme ja teollisuudessa", lisää STCF:n pääinsinööri Yin Lixin Shanghai Advanced Research Institutesta.

Seuraava sukupolvi

Vaikka rahoitus on vähemmän ongelmallista kuin ennen, koska paikallishallinnot sijoittavat enemmän rahaa ja asettavat korkealle etusijalle suurten tieteen laitosten isännöinnin, STCF kohtaa kilpailua. Toinen on seuraavan sukupolven Higgsin tehtaalta – Circular Electron Positron Collider (CEPC) – 100 kilometrin rengas, joka toimii paljon suuremmalla energialla, mutta on myös paljon kalliimpi.

Kiinan johtava hiukkastörmäyskone on asetettu suureen päivitykseen

CEPC:n tavoitteena on myös aloittaa rakentaminen vuoteen 2030 mennessä, mutta on edelleen mahdollista, että molemmat voivat saada luvan. "STCF:n ja CEPC:n ei tarvitse olla ristiriidassa, koska ne tekevät hyvin erilaista tiedettä", Zhao sanoo. "Vaikka nämä kaksi hanketta eivät todennäköisesti tapahdu samanaikaisesti, muutaman vuoden tauko täytäntöönpanossa saattaa lisätä mahdollisuuksia molempien rakentamiseen lopulta."

Keskustelut siitä, mitä hankkeita suositellaan Kiinan tulevaan 15. viisivuotissuunnitelmaan, joka kestää 2026–2030, on jo alkanut Kiinan korkean energian fysiikan yhteisössä. Vaikka sekä STCF:tä että CEPC:tä johtaa Kiina, STCF:ssä on jo noin 500 tutkijaa 74 yliopistosta ja tutkimuslaitoksesta Aasiassa, Euroopassa ja Yhdysvalloissa. Zhao myöntää, että STCF:n tekeminen todella kansainväliseksi yritykseksi on haastavaa geopoliittisten jännitteiden ja muiden tekijöiden vuoksi, mutta on myönteinen, että niillä on vähäinen vaikutus.

"Kuten kaikki hiukkasfysiikan kokeet maailmassa, STCF palvelee maailmanlaajuista hiukkasfysiikan yhteisöä, ja toivotamme tervetulleeksi eri asiantuntemuksia omaavia kollegoita liittymään joukkoomme Hefeihin", lisää Zhao. "STCF antaa Kiinalle mahdollisuuden jatkaa maailman johtajuutta tau-charm-fysiikassa ja siihen liittyvissä teknologioissa tulevina vuosikymmeninä – Kiina on vihdoinkin eturintamassa."

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. Autot / sähköautot, hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• BlockOffsets. Ympäristövastuun omistuksen nykyaikaistaminen. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/china-mulls-plan-to-build-a-640m-super-tau-charm-factory/