中国、640億XNUMX万ドルをかけてスーパータウチャーム工場の建設計画を検討 – Physics World

中国の科学者たちは、素粒子物理学の標準模型を前例のない詳細でテストし、中国をチャームクォークとタウレプトンの精密研究の最前線に保つための新しい電子陽電子衝突型加速器を構築したいと考えている。 承認されれば、4.5億元（640億2026万ドル）をかけて合肥市にあるスーパータウチャーム工場（STCF）の建設がXNUMX年に開始される可能性があり、操業は約XNUMX年後に開始される予定だ。

STCF は、 北京電子陽電子衝突型加速器 このトンネルは市の西にある約 1990 メートルの地下トンネルで構成されており、そこでは電子と陽電子がまず光速近くまで加速され、その後互いに衝突してさまざまな素粒子が生成されます。粒子。 その後、反応プロセスを再構築するために、軌道、エネルギー、電荷が北京分光計 (BES) によって記録されます。

BEPC は 2 ～ 5 GeV のエネルギー範囲で研究を行っており、特にチャーム クォークとタウ レプトンの物理学において一連の重要な発見を行っています。 たとえば1996年、研究者らは衝突型加速器を使用してタウ粒子の質量の精密測定を実施した。 また、XNUMX つ以上のクォークを含む「エキゾチック」粒子の研究にも使用されています。

最前線

BEPC の加速器と分光計は 2000 年代に大規模な改修を受け、現在 BEPC-II/BESIII として知られるものになり、改良された衝突型加速器は 2030 年代初頭まで稼働すると予想されています。 しかし、その位置と比較的小さい記憶リングは、さらなる性能向上を達成することが困難であることを意味しており、そのため、中国の素粒子物理学者は現在、新しい機械に注目している。

2011 年に北京大学の素粒子物理学者 Zhao Guangda によって初めて提案された STCF は、BEPC と同様の設計ですが、サイズは 400 倍以上になります。 線形加速器は長さ800メートル、電子と陽電子を蓄積する2つのリングはそれぞれ周囲約7メートルとなる。 新しい加速器技術と最先端の分光計により、STCF は 0.5 ～ 10 GeV の質量中心エネルギー範囲と XNUMX × XNUMX 以上のピーク光度で動作します。³⁵ cm^-2/s、BEPC-II よりも約 100 倍優れています。

「BEPC は中国が建設した研究施設の中で最も実り豊かで成功した研究施設の 100 つです」と中国科学技術大学 (USTC) の STCF 首席研究員 Zhao Zhengguo 氏は述べています。 「それでも、[BEPC]と比較すると、STCFは衝突率を最大XNUMX倍増加させ、これまで直接研究されたことのない全く新しいエネルギー領域を切り開くでしょう。」 中国科学院大学のプロジェクト副主任研究員 Zheng Yangheng 氏によると、BESIII の収集に XNUMX 年かかるのと同量のデータを、STCF は XNUMX 日で収集できるという。

これにより、テトラクォークが本当にXNUMXつのクォークを持っているかどうかを初めて確認することが可能になります。 「STCF は決定的な測定を行って、いくつかのエキゾチックなハドロンの内部クォーク構造を最終的に明らかにできるだろうと期待しています」と彼は言います。 ライアンミッチェル インディアナ大学ブルーミントン校出身。BESIII コラボレーションのメンバーであり、STCF の概念設計をサポートしています。 「さらに重要なことは、クォークを結合するために強い力がどのように働くのかをよりよく理解するのにも役立つでしょう。」

そのエネルギー範囲で何が起こるかはわかりません

ライアン・ミッチェル、インディアナ大学ブルーミントン校

5 ～ 7 GeV のエネルギー範囲はこれまで粒子衝突型加速器で研究されたことがないため、STCF は未知の領域、さらには標準模型を超えた新しい物理学への扉を開くことになるでしょう。 「そのエネルギー範囲で何が起こるかはわかりません」とミッチェル氏は付け加えます。

STCF内で適切に制御された衝突を実現するために、Zhao氏と彼のチームは、高出力の電子源と陽電子源、超伝導磁石、ビームを高精度で測定および操作するための技術などの主要技術を開発してきました。 「それぞれの電子や陽電子は、その寿命中に衝突の可能性のある点を何百万回も通過すると考えられています」と、このプロジェクトの主導的物理学者であるUSTCのシャオ・ミン氏は言う。 「私たちの設計した光度は、数百ナノメートル以内の誤差で確実にポイントに到達するようにする必要があります。」

STCF が BEPC-II よりも 100 倍明るくなるためには、その分光計が検出器からの電子信号をより良く処理する必要があります。 そのために、国内企業とのパートナーシップが育まれてきました。 これらには、禁輸措置により中国が西側諸国から購入できない部品を製造できるチップ、センサー、半導体メーカーが含まれる。 「この相乗効果は、私たちのプロジェクトと業界にとってうまくいきました」と、上海高等研究院の STCF チーフエンジニア、イン・リーシン氏は付け加えます。

次の世代

地方自治体がより多くの資金を投入し、大科学施設の誘致を優先しているため、資金調達は以前ほど問題ではなくなっているが、STCFは競争に直面している。 100 つは次世代ヒッグス工場の円形電子陽電子衝突型加速器 (CEPC) によるもので、XNUMX km のリングははるかに高いエネルギーで動作しますが、コストもはるかに高くなります。

中国の最高級粒子衝突型加速器が大幅アップグレードへ

CEPCも2030年までの建設開始を目指しているが、両者がゴーサインを得る可能性は依然として残っている。 「STCF と CEPC はまったく異なる科学を行っているため、矛盾する必要はありません」と Zhao 氏は言います。 「XNUMX つのプロジェクトが同時に実現する可能性は低いですが、実装に数年のギャップがあれば、最終的には両方が構築される可能性が高まるかもしれません。」

中国の次期第15次2026カ年計画（2030年から500年まで）にどのようなプロジェクトを推奨するかについての議論は、中国の高エネルギー物理学コミュニティ内ですでに始まっている。 STCFとCEPCはいずれも中国が主導することになるが、STCFにはすでにアジア、欧州、米国の74の大学や研究機関から約XNUMX人の科学者が所属している。 趙氏は、地政学的な緊張やその他の要因により、STCFを真に国際的な取り組みにすることが課題であることを認めているが、影響は最小限に抑えられると前向きに考えている。

「世界中のすべての素粒子物理学実験と同様に、STCF は世界の素粒子物理学コミュニティに貢献し、さまざまな専門知識を持つ同僚が合肥で私たちに参加することを歓迎します」と Zhao 氏は付け加えました。 「STCFにより、中国は今後数十年にわたってタウチャーム物理学と関連技術で世界をリードし続けることができるようになる。中国はついに最前線に立つことになる。」

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/china-mulls-plan-to-build-a-640m-super-tau-charm-factory/