Kína egy 640 millió dolláros Super Tau-Charm Factory – Physics World építését tervezi

A kínai tudósok új elektron-pozitron ütköztetőt szeretnének építeni, hogy példátlan részletességgel teszteljék a részecskefizika standard modelljét, és ezzel az országot a bájkvarkok és tau leptonok precíziós tanulmányozásának élvonalában tartsák. Ha jóváhagyják, 4.5-ban megkezdődhet a 640 milliárd jüan (2026 millió dollár) értékű Super Tau-Charm Factory (STCF) építése Hefeiben. A műveletek körülbelül öt évvel később kezdődhetnek meg.

Az STCF természetes utódja a Pekingi elektronpozitronütköztető (BEPC), amely 1990-ben nyílt meg. Körülbelül 240 méteres földalatti alagutakból áll a város nyugati részén, ahol az elektronok és pozitronok először a fénysebesség közelébe gyorsulnak, mielőtt egymásba csapódnának, hogy különféle szubatomi képződjenek. részecskék. Ezután a pekingi spektrométer (BES) rögzíti a pályákat, az energiákat és az elektromos töltéseket, hogy rekonstruálják a reakciófolyamatokat.

A 2–5 GeV-os energiatartományban dolgozó BEPC számos fontos felfedezést tett, különösen a charm kvark és a tau lepton fizikában. 1996-ban például a kutatók az ütközőt használták a tau-részecske tömegének precíziós mérésére. Használták négy vagy több kvarkot tartalmazó „egzotikus” részecskék tanulmányozására is.

Az élen

A BEPC gyorsítója és spektrométere is jelentős fejlesztésen esett át a 2000-es években, hogy a ma BEPC-II/BESIII néven ismertté vált, a felújított ütköztető pedig várhatóan a 2030-as évek elején fog működni. Elhelyezkedése és viszonylag kis tárológyűrűje azonban azt jelenti, hogy nehéz lesz további teljesítményjavítást elérni, ezért Kínában a részecskefizikusok most egy új gép felé fordulnak.

A Pekingi Egyetem részecskefizikusa, Zhao Guangda javasolta először 2011-ben, az STCF a BEPC-hez hasonló kialakítású lesz, de több mint kétszer akkora lesz. Lineáris gyorsítója 400 m hosszú lesz, míg az elektronok és pozitronok tárolására szolgáló két gyűrű egyenként körülbelül 800 m kerületű lesz. Az új gyorsítótechnológiákkal és a legkorszerűbb spektrométerrel az STCF 2–7 GeV tömegközéppont-energia tartományban, 0.5 × 10-nél nagyobb csúcsfényerővel fog működni.³⁵ cm^-2/s, körülbelül 100-szor jobb, mint a BEPC-II.

„A BEPC az egyik legtermékenyebb és legsikeresebb kutatási létesítmény, amelyet Kína épített” – mondja Zhao Zhengguo, az STCF vezető tudósa, a Kínai Tudományos és Technológiai Egyetemről (USTC). "A [BEPC]-hez képest azonban az STCF akár 100-szorosára növeli az ütközési arányt, és egy teljesen új energiarégiót nyit meg, amelyet korábban közvetlenül nem vizsgáltak." Cseng Jangheng, a Kínai Tudományos Akadémia Egyetemének kutatóhelyettese szerint az STCF három nap alatt ugyanannyi adatot gyűjt össze, mint amennyi a BESIII-nak egy évre van szüksége.

Ez lehetővé teszi első alkalommal annak megerősítését, hogy egy tetrakvarknak valóban négy kvarkja van. "Arra számítok, hogy az STCF képes lesz végleges méréseket végezni, hogy végre felfedje több egzotikus hadron belső kvark szerkezetét" Ryan Mitchell az Indiana University Bloomington-tól, aki a BESIII együttműködés tagja, és támogatja az STCF koncepciótervet. "Ennél is fontosabb, hogy jobban megértsük, hogyan köti össze a kvarkokat az erős erő."

Egyszerűen nem tudjuk, mire számíthatunk ebben az energiatartományban

Ryan Mitchell, Indiana University Bloomington

Mivel az 5–7 GeV-os energiatartományt még soha egyetlen részecskeütköztetőn sem vizsgálták, az STCF feltérképezetlen területek felé nyitja meg az ajtót, és esetleg még a Standard Modellen túli új fizikát is. „Egyszerűen nem tudjuk, mire számíthatunk ebben az energiatartományban” – teszi hozzá Mitchell.

Az STCF-en belüli jól kontrollált ütközések elérése érdekében Zhao és csapata olyan kulcsfontosságú technológiákat fejlesztett ki, mint a nagy teljesítményű elektron- és pozitronforrások, szupravezető mágnesek, valamint a sugarak nagy pontosságú mérésére és manipulálására szolgáló eszközök. „Minden elektronnak vagy pozitronnak több milliószor kell áthaladnia a potenciális ütközési ponton élete során” – mondja Shao Ming, az USTC egyik vezető fizikusa. "A tervezett fényerősségünkhöz meg kell győződnünk arról, hogy néhány száz nanométernél nem nagyobb hibával éri el a pontot."

Ahhoz, hogy az STCF 100-szor fényesebb legyen, mint a BEPC-II, spektrométerének jobban kell kezelnie a detektorból érkező elektronikus jeleket. Ennek érdekében partneri kapcsolatokat alakítottak ki hazai vállalatokkal. Ide tartoznak a chip-, szenzor- és félvezetőgyártók, amelyek olyan alkatrészeket készíthetnek, amelyeket Kína az exportembargó miatt nem vásárolhat meg a nyugati országoktól. „A szinergia jól működött a projektünk és az ipar számára” – teszi hozzá Yin Lixin, az STCF főmérnöke, a Shanghai Advanced Research Institute munkatársa.

A következő generáció

Míg a finanszírozás kevésbé jelent problémát, mint korábban, mert a helyi önkormányzatok több pénzt fektetnek be, és kiemelten kezelik a nagy tudományos létesítmények befogadását, az STCF-nek szembe kell néznie a versennyel. Az egyik a következő generációs Higgs-gyárból származik – a Circular Electron Positron Collider (CEPC) – egy 100 km-es gyűrű, amely sokkal nagyobb energiával működik, de sokkal költségesebb is.

Kína elsőszámú részecskeütközője nagy fejlesztésre készült

A CEPC célja az is, hogy 2030-ra megkezdje az építkezést, de továbbra is fennáll annak a lehetősége, hogy mindkettő megkapja az utat. „Az STCF-nek és a CEPC-nek nem kell ellentmondani, mert nagyon eltérő tudományt folytatnak” – mondja Zhao. "Bár a két projekt kevésbé valószínű, hogy egy időben valósul meg, néhány év végrehajtási kihagyás növelheti annak esélyét, hogy végül mindkettő megépüljön."

A kínai nagyenergiájú fizika közösségében már megkezdődtek a viták arról, hogy milyen projekteket javasoljanak Kína közelgő 15. ötéves tervéhez, amely 2026-tól 2030-ig tart. Míg az STCF-et és a CEPC-t is Kína fogja vezetni, az STCF-nek már körülbelül 500 tudósa van 74 egyetemről és kutatóintézetről Ázsiában, Európában és az Egyesült Államokban. Zhao elismeri, hogy a geopolitikai feszültségek és egyéb tényezők miatt kihívást jelent az STCF-et valóban nemzetközi erőfeszítéssé tenni, de pozitívan gondolja, hogy ezeknek minimális hatása lesz.

„A világ összes részecskefizikai kísérletéhez hasonlóan az STCF is a globális részecskefizikai közösséget fogja szolgálni, és szívesen látjuk a különböző szakértelemmel rendelkező kollégákat, hogy csatlakozzanak hozzánk Hefeiben” – teszi hozzá Zhao. „Az STCF lehetővé teszi, hogy Kína továbbra is vezető szerepet tölthessen be a tau-báj fizikában és a kapcsolódó technológiákban az elkövetkező évtizedekben – Kína végre az élvonalban áll.”

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Autóipar / elektromos járművek, Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• BlockOffsets. A környezetvédelmi ellentételezési tulajdon korszerűsítése. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/china-mulls-plan-to-build-a-640m-super-tau-charm-factory/