중국, 640억XNUMX만 달러 규모의 슈퍼 타우 참 공장 건설 계획 검토

중국, 640억XNUMX만 달러 규모의 슈퍼 타우 참 공장 건설 계획 검토

타임 스탬프 : 27 년 2023 월 6 일 오전 00:XNUMX

중국의 연구원들은 입자 물리학의 표준 모델을 테스트하고 국가를 정밀 연구의 최전선에 놓기 위해 640억 XNUMX만 달러 규모의 Super Tau-Charm 공장을 건설하기를 원합니다. 링신 보고서

중국 BEPC 시설의 BESIII
미래를위한 하나 제안된 Super Tau-Charm Factory는 1990년부터 운영되어 온 Beijing Electron Positron Collider의 후속 제품이 될 것입니다. (제공: USTC)

중국의 과학자들은 새로운 전자-양전자 충돌기를 구축하여 입자 물리학의 표준 모델을 전례 없는 세부 사항으로 테스트하고 중국이 참 쿼크와 타우 경입자에 대한 정밀 연구의 최전선에 서기를 원합니다. 승인되면 허페이에 4.5억 위안(640억 2026만 달러) 규모의 STCF(Super Tau-Charm Factory) 건설이 XNUMX년에 시작될 수 있습니다. 그런 다음 약 XNUMX년 후에 가동이 시작됩니다.

STCF는 STCF의 자연스러운 후계자로 간주됩니다. 베이징 전자 양전자 충돌기 (BEPC), 1990년 개통. 도시 서쪽에 있는 약 240m의 지하 터널로 구성되어 있으며, 여기서 전자와 양전자는 먼저 빛의 속도에 가깝게 가속된 후 서로 충돌하여 다양한 아원자 생성 입자. 궤적, 에너지 및 전하는 베이징 분광계(BES)에 의해 기록되어 반응 과정을 재구성합니다.

2–5 GeV 에너지 범위에서 작동하는 BEPC는 특히 참 쿼크 및 타우 렙톤 물리학에서 일련의 중요한 발견을 했습니다. 예를 들어, 1996년에 연구원들은 타우 입자의 질량에 대한 정밀 측정을 수행하기 위해 가속기를 사용했습니다. 또한 XNUMX개 이상의 쿼크를 포함하는 "이색적인" 입자를 연구하는 데 사용되었습니다.

최전선에서

BEPC의 가속기와 분광계는 모두 2000년대에 대대적인 업그레이드를 거쳐 오늘날 BEPC-II/BESIII로 알려진 것이 되었으며, 개조된 충돌기는 2030년대 초까지 잘 작동할 것으로 예상됩니다. 그러나 그 위치와 상대적으로 작은 저장 고리는 더 이상의 성능 향상을 달성하기 어려울 것임을 의미하며, 이것이 중국의 입자 물리학자들이 이제 새로운 기계로 눈을 돌리는 이유입니다.

2011년 북경 대학 입자물리학자 자오광다(Zhao Guangda)가 처음 제안한 STCF는 BEPC와 디자인은 비슷하지만 크기는 두 배 이상 커질 예정이다. 선형 가속기의 길이는 400m이고 전자와 양전자를 저장하는 두 개의 고리는 각각 둘레가 약 800m입니다. 새로운 가속기 기술과 최첨단 분광계를 갖춘 STCF는 2–7 GeV의 질량 중심 에너지 범위와 0.5 × 10 이상의 최대 광도로 작동합니다.35 cm- 2/s, BEPC-II보다 약 100배 더 우수합니다.

"BEPC는 중국이 건설한 가장 유익하고 성공적인 연구 시설 중 하나입니다."라고 중국 과학 기술 대학교(USTC)의 STCF 수석 과학자 Zhao Zhengguo는 말합니다. "그러나 [BEPC]에 비해 STCF는 충돌률을 최대 100배까지 증가시키고 이전에 직접 연구된 적이 없는 완전히 새로운 에너지 영역을 열 것입니다." 중국 과학 아카데미(University of the Chinese Academy of Sciences)의 프로젝트 부책임자 Zheng Yangheng에 따르면 STCF는 BESIII가 수집하는 데 XNUMX년이 걸리는 것과 같은 양의 데이터를 XNUMX일 안에 수집할 것이라고 합니다.

이것은 처음으로 테트라쿼크가 실제로 XNUMX개의 쿼크를 가지고 있는지 확인할 수 있게 합니다. "나는 STCF가 몇몇 이국적인 하드론의 내부 쿼크 구조를 최종적으로 밝히기 위해 결정적인 측정을 할 수 있을 것으로 기대합니다."라고 말했습니다. 라이언 미첼 BESIII 협업의 구성원이며 STCF 개념 설계를 지원하는 인디애나 대학교 블루밍턴 출신입니다. "더 중요한 것은 쿼크를 함께 묶는 강력한 힘이 어떻게 작동하는지 더 잘 이해하는 데 도움이 될 것입니다."

우리는 그 에너지 범위에서 무엇을 기대해야할지 모릅니다.

Ryan Mitchell, 인디애나 대학교 블루밍턴

5–7 GeV 에너지 범위는 입자 가속기에서 이전에 탐구된 적이 없기 때문에 STCF는 미지의 영역과 표준 모델을 넘어서는 새로운 물리학에 대한 문을 열 것입니다. "우리는 그 에너지 범위에서 무엇을 기대해야 할지 모릅니다."라고 Mitchell이 ​​덧붙입니다.

STCF 내부에서 잘 제어된 충돌을 달성하기 위해 Zhao와 그의 팀은 고전력 전자 및 양전자 소스, 초전도 자석, 빔을 고정밀하게 측정하고 조작하는 기술과 같은 핵심 기술을 개발해 왔습니다. "각각의 전자 또는 양전자는 수명 기간 동안 잠재적인 충돌 지점을 수백만 번 통과해야 합니다."라고 이 프로젝트의 주요 물리학자인 USTC의 Shao Ming은 말합니다. "우리가 설계한 광도를 위해 수백 나노미터 이상의 오류가 없는 지점에 도달하는지 확인해야 합니다."

STCF가 BEPC-II보다 100배 더 밝으려면 분광계가 검출기의 전자 신호를 더 잘 처리해야 합니다. 이를 위해 국내 기업들과의 파트너십을 강화하고 있습니다. 여기에는 수출 금지로 인해 중국이 서방 국가에서 구매할 수 없는 부품을 만들 수 있는 칩, 센서 및 반도체 제조업체가 포함됩니다. Shanghai Advanced Research Institute의 STCF 수석 엔지니어 Yin Lixin은 "이 시너지 효과는 우리 프로젝트와 업계에 잘 작용했습니다."라고 덧붙였습니다.

차세대

지방 정부가 더 많은 돈을 투입하고 대규모 과학 시설 유치에 높은 우선 순위를 부여하기 때문에 자금 조달이 예전보다 문제가 되지는 않지만 STCF는 경쟁에 직면해 있습니다. 하나는 훨씬 더 높은 에너지로 작동하지만 비용도 훨씬 더 많이 드는 100km 링인 차세대 힉스 공장인 원형 전자 양전자 충돌기(CEPC)에서 가져온 것입니다.

CEPC는 또한 2030년까지 건설을 시작하는 것을 목표로 하고 있지만 둘 다 진행할 가능성이 남아 있습니다. "STCF와 CEPC는 매우 다른 과학을 수행하기 때문에 모순될 필요가 없습니다."라고 Zhao는 말합니다. "두 프로젝트가 동시에 발생할 가능성은 적지만 구현에 몇 년의 차이가 있으면 결국 둘 다 구축될 가능성이 높아질 수 있습니다."

15년부터 2026년까지 실행되는 중국의 다가오는 2030차 500개년 계획에 어떤 프로젝트를 추천할 것인지에 대한 논의는 이미 중국의 고에너지 물리학 커뮤니티 내에서 시작되었습니다. STCF와 CEPC 모두 중국이 이끌게 될 것이지만, STCF에는 이미 아시아, 유럽, 미국의 74개 대학과 연구 기관에서 온 약 XNUMX명의 과학자들이 있습니다. Zhao는 지정학적 긴장 및 기타 요인으로 인해 STCF를 진정한 국제적 노력으로 만드는 것이 도전임을 인정하지만 최소한의 영향을 미칠 것이라고 긍정적입니다.

Zhao는 "세계의 모든 입자 물리학 실험과 마찬가지로 STCF는 글로벌 입자 물리학 커뮤니티에 도움이 될 것이며 다양한 전문 지식을 가진 동료들이 허페이에서 우리와 함께할 것을 환영합니다."라고 덧붙입니다. "STCF를 통해 중국은 앞으로 수십 년 동안 타우 참 물리학 및 관련 기술 분야에서 계속해서 세계를 선도할 수 있을 것입니다. 중국은 마침내 최전선에 서게 되었습니다."

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