China intenționează să construiască o fabrică Super Tau-Charm în valoare de 640 de milioane de dolari – Physics World

China intenționează să construiască o fabrică Super Tau-Charm în valoare de 640 de milioane de dolari – Physics World

Marca temporală: 27 iulie 2023, ora 6:00

Cercetătorii din China doresc să construiască o fabrică Super Tau-Charm de 640 de milioane de dolari pentru a testa modelul standard al fizicii particulelor și pentru a pune țara în fruntea studiilor de precizie. Ling Xin Rapoarte

BESIII la instalația BEPC din China
Una pentru viitor Fabrica Super Tau-Charm propusă ar fi un succesor al Colisionorului de Positroni de Electroni de la Beijing, care a fost în funcțiune din 1990. (Cu amabilitatea: USTC)

Oamenii de știință din China doresc să construiască un nou ciocnitor electron-pozitron pentru a testa modelul standard al fizicii particulelor în detaliu fără precedent și pentru a menține țara în fruntea studiilor de precizie asupra cuarcilor și leptonii tau. Dacă va fi aprobată, construcția fabricii Super Tau-Charm (STCF) de 4.5 miliarde de yuani (640 de milioane de dolari) din Hefei ar putea începe în 2026. Operațiunile ar urma apoi să înceapă aproximativ cinci ani mai târziu.

STCF este văzut ca un succesor natural al Ciocnizorul de electroni pozitroni de la Beijing (BEPC), care s-a deschis în 1990. Constă din aproximativ 240 m de tuneluri subterane în vestul orașului, unde electronii și pozitronii sunt mai întâi accelerați până aproape de viteza luminii înainte de a fi ciocniți unul de celălalt pentru a genera o varietate de subatomi. particule. Traiectoriile, energiile și sarcinile electrice sunt apoi înregistrate de spectrometrul Beijing (BES) pentru a reconstrui procesele de reacție.

Lucrând în intervalul de energie de 2–5 GeV, BEPC a făcut o serie de descoperiri importante, în special în fizica cuarcilor de farmec și leptonului tau. În 1996, de exemplu, cercetătorii au folosit ciocnitorul pentru a efectua măsurători de precizie asupra masei particulei tau. De asemenea, a fost folosit pentru a studia particulele „exotice” care conțin patru sau mai mulți quarci.

În frunte

Atât acceleratorul, cât și spectrometrul de la BEPC au suferit modernizări majore în anii 2000 pentru a deveni ceea ce este cunoscut astăzi sub numele de BEPC-II/BESIII, coliderul renovat fiind așteptat să funcționeze până la începutul anilor 2030. Cu toate acestea, locația sa și inelul de stocare relativ mic înseamnă că va fi dificil să se obțină îmbunătățiri suplimentare de performanță, motiv pentru care fizicienii particulelor din China se îndreaptă acum către o nouă mașină.

Propus pentru prima dată în 2011 de către fizicianul particulelor de la Universitatea din Peking Zhao Guangda, STCF va avea un design similar cu BEPC, dar va avea mai mult de două ori dimensiunea. Acceleratorul său liniar va avea o lungime de 400 m, în timp ce cele două inele pentru stocarea electronilor și pozitronilor vor avea fiecare aproximativ 800 m în circumferință. Cu noile tehnologii de accelerare și un spectrometru de ultimă generație, STCF va funcționa cu un interval de energie al centrului de masă de 2–7 GeV și cu o luminozitate maximă de peste 0.5 × 10.35 cm-2/s, de aproximativ 100 de ori mai bun decât BEPC-II.

„BEPC este una dintre cele mai fructuoase și de succes facilități de cercetare pe care le-a construit China”, spune cercetătorul șef al STCF, Zhao Zhengguo, de la Universitatea de Știință și Tehnologie din China (USTC). „Totuși, în comparație cu [BEPC], STCF va crește ratele de coliziune de până la 100 de ori și va deschide o regiune energetică nou-nouță care nu a fost niciodată studiată în mod direct înainte.” Potrivit șefului de știință adjunct al proiectului, Zheng Yangheng, de la Universitatea Academiei Chineze de Științe, STCF va colecta aceeași cantitate de date în trei zile pe care BESIII are nevoie de un an pentru a le strânge.

Acest lucru va face posibil să se confirme, pentru prima dată, dacă un tetraquark are într-adevăr patru cuarci. „Mă aștept ca STCF să poată face măsurători definitive pentru a dezvălui în sfârșit structura cuarcilor interne a mai multor hadroni exotici”, spune Ryan Mitchell de la Indiana University Bloomington, care este membru al colaborării BESIII și sprijină designul conceptual STCF. „Mai important, ne-ar ajuta, de asemenea, să înțelegem mai bine cum funcționează forța puternică pentru a lega quarcii împreună.”

Pur și simplu nu știm la ce să ne așteptăm în acea gamă de energie

Ryan Mitchell, Universitatea din Indiana Bloomington

Întrucât intervalul de energie de 5-7 GeV nu a fost niciodată explorat pe vreun ciocnitor de particule până acum, STCF va deschide ușa către teritorii neexplorate și, posibil, chiar și noi fizice dincolo de Modelul standard. „Nu știm la ce să ne așteptăm în acea gamă de energie”, adaugă Mitchell.

Pentru a realiza coliziuni bine controlate în interiorul STCF, Zhao și echipa sa au dezvoltat tehnologii cheie, cum ar fi surse de electroni și pozitroni de mare putere, magneți supraconductori și cele pentru măsurarea și manipularea fasciculelor cu mare precizie. „Fiecare electron sau pozitron ar trebui să depășească punctul potențial de coliziune de milioane de ori pe parcursul duratei sale de viață”, spune Shao Ming de la USTC, un fizician de frunte în proiect. „Pentru luminozitatea proiectată de noi, trebuie să ne asigurăm că atinge punctul cu o eroare de nu mai mult de câteva sute de nanometri.”

Pentru ca STCF să fie de 100 de ori mai luminos decât BEPC-II, spectrometrul său va trebui să gestioneze mai bine semnalele electronice de la detector. În acest scop, au fost încurajate parteneriate cu companiile autohtone. Printre acestea se numără producătorii de cipuri, senzori și semiconductori care pot crea componente pe care China nu le poate cumpăra de la țările occidentale din cauza embargourilor la export. „Sinergia a funcționat bine pentru proiectul nostru și pentru industrie”, adaugă inginerul șef STCF Yin Lixin de la Institutul de Cercetare Avansată din Shanghai.

Generația următoare

În timp ce finanțarea este o problemă mai mică decât a fost odinioară, deoarece guvernele locale pun mai mulți bani și acordă o prioritate ridicată găzduirii facilităților științifice mari, STCF se confruntă cu concurență. Unul provine de la o fabrică Higgs de ultimă generație – Circular Electron Positron Collider (CEPC) – un inel de 100 km care va rula la energii mult mai mari, dar va fi și mult mai costisitor.

CEPC își propune, de asemenea, să înceapă construcția până în 2030, dar rămâne o posibilitate ca ambele să primească aprobarea. „STCF și CEPC nu trebuie să fie contradictorii, deoarece fac științe foarte diferite”, spune Zhao. „Deși este mai puțin probabil ca cele două proiecte să se întâmple în același timp, un interval de câțiva ani în implementare ar putea crește șansa ca ambele să fie construite în cele din urmă.”

Discuțiile despre proiectele de recomandat pentru viitorul al 15-lea plan cincinal al Chinei, care se desfășoară între 2026 și 2030, au început deja în cadrul comunității chineze de fizică a energiei înalte. În timp ce atât STCF, cât și CEPC vor fi conduse de China, STCF are deja aproximativ 500 de oameni de știință de la 74 de universități și institute de cercetare din Asia, Europa și SUA. Zhao admite că este o provocare să facă din STCF un efort cu adevărat internațional din cauza tensiunilor geopolitice și a altor factori, dar este pozitiv că acestea vor avea un impact minim.

„La fel ca toate experimentele de fizică a particulelor din lume, STCF va servi comunității globale de fizică a particulelor și salutăm colegii cu experiență diferită să ni se alăture în Hefei”, adaugă Zhao. „STCF va permite Chinei să continue să conducă lumea în fizica tau-charm și tehnologiile conexe pentru decenii viitoare – China se află în sfârșit în frunte.”

Timestamp-ul:

Mai mult de la Lumea fizicii