จีนวางแผนที่จะสร้างโรงงาน Super Tau-Charm มูลค่า 640 ล้านเหรียญ – Physics World

จีนวางแผนที่จะสร้างโรงงาน Super Tau-Charm มูลค่า 640 ล้านเหรียญ – Physics World

ประทับเวลา: 27 กรกฎาคม 2023 6:00 น

นักวิจัยในจีนต้องการสร้างโรงงาน Super Tau-Charm มูลค่า 640 ล้านเหรียญสหรัฐ เพื่อทดสอบแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาค และทำให้ประเทศอยู่แถวหน้าของการศึกษาที่แม่นยำ หลิงซิน รายงาน

BESIII ที่โรงงาน BEPC ในประเทศจีน
หนึ่งสำหรับอนาคต โรงงาน Super Tau-Charm ที่เสนอจะเป็นผู้สืบทอดต่อจาก Beijing Electron Positron Collider ซึ่งเปิดดำเนินการมาตั้งแต่ปี 1990 (เอื้อเฟื้อโดย USTC)

นักวิทยาศาสตร์ในประเทศจีนต้องการสร้างเครื่องชนกันอิเล็กตรอน-โพซิตรอนตัวใหม่เพื่อทดสอบแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์ของอนุภาคในรายละเอียดที่ไม่เคยมีมาก่อน และทำให้ประเทศนี้อยู่ในระดับแนวหน้าของการศึกษาที่แม่นยำเกี่ยวกับชาร์มควาร์กและเทาเลปตอน หากได้รับอนุมัติ การก่อสร้างโรงงาน Super Tau-Charm (STCF) มูลค่า 4.5 พันล้านหยวน (640 ล้านเหรียญสหรัฐ) ในเมืองเหอเฟยจะเริ่มได้ในปี 2026 จากนั้นการดำเนินการจะเริ่มในอีกประมาณ XNUMX ปีต่อมา

STCF ถูกมองว่าเป็นผู้สืบทอดโดยธรรมชาติของ เครื่องชนอนุภาคอิเล็กตรอนโพซิตรอนปักกิ่ง (BEPC) ซึ่งเปิดในปี พ.ศ. 1990 ประกอบด้วยอุโมงค์ใต้ดินประมาณ 240 เมตรทางตะวันตกของเมือง ซึ่งอิเล็กตรอนและโพซิตรอนจะถูกเร่งให้เข้าใกล้ความเร็วแสงก่อนจะชนกันจนเกิดเป็นอะตอมย่อยที่หลากหลาย อนุภาค จากนั้นเครื่องปักกิ่งสเปกโตรมิเตอร์ (BES) จะบันทึกวิถี พลังงาน และประจุไฟฟ้า เพื่อสร้างกระบวนการเกิดปฏิกิริยาขึ้นมาใหม่

การทำงานในช่วงพลังงาน 2–5 GeV BEPC ได้ทำการค้นพบที่สำคัญหลายอย่าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในฟิสิกส์ควาร์กชาร์มและเทาเลปตัน ตัวอย่างเช่น ในปี 1996 นักวิจัยใช้เครื่องคอลไลเดอร์เพื่อวัดมวลของอนุภาคเทาอย่างแม่นยำ นอกจากนี้ยังใช้เพื่อศึกษาอนุภาค "แปลกใหม่" ที่มีควาร์กตั้งแต่สี่ตัวขึ้นไป

อยู่ในระดับแนวหน้า

ทั้งเครื่องเร่งความเร็วและสเปกโตรมิเตอร์ที่ BEPC ได้รับการปรับปรุงครั้งใหญ่ในช่วงทศวรรษปี 2000 จนเป็นที่รู้จักในปัจจุบันในชื่อ BEPC-II/BESIII โดยเครื่องชนกันที่ปรับปรุงใหม่คาดว่าจะทำงานได้ดีในช่วงต้นปี 2030 อย่างไรก็ตาม ตำแหน่งและวงแหวนจัดเก็บที่ค่อนข้างเล็กทำให้ยากต่อการบรรลุการปรับปรุงประสิทธิภาพต่อไป ซึ่งเป็นสาเหตุที่นักฟิสิกส์อนุภาคในจีนหันมาใช้เครื่องจักรใหม่

เสนอครั้งแรกในปี 2011 โดยนักฟิสิกส์อนุภาคมหาวิทยาลัยปักกิ่ง Zhao Guangda STCF จะมีการออกแบบคล้ายกับ BEPC แต่มีขนาดใหญ่กว่าสองเท่า เครื่องเร่งเชิงเส้นของมันจะมีความยาว 400 เมตร ในขณะที่วงแหวนสองวงสำหรับเก็บอิเล็กตรอนและโพซิตรอนจะมีเส้นรอบวงแต่ละวงประมาณ 800 เมตร ด้วยเทคโนโลยีเครื่องเร่งความเร็วใหม่และสเปกโตรมิเตอร์ที่ล้ำสมัย STCF จะทำงานด้วยช่วงพลังงานที่ศูนย์กลางมวล 2–7 GeV และมีความสว่างสูงสุดมากกว่า 0.5 × 1035 cm-2/s ดีกว่า BEPC-II ประมาณ 100 เท่า

“BEPC เป็นหนึ่งในศูนย์วิจัยที่ประสบความสำเร็จและประสบความสำเร็จมากที่สุดที่จีนสร้างขึ้น” Zhao Zhengguo หัวหน้านักวิทยาศาสตร์ของ STCF จากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศจีน (USTC) กล่าว “เมื่อเปรียบเทียบกับ [BEPC] STCF จะเพิ่มอัตราการชนกันมากถึง 100 เท่า และเปิดภูมิภาคพลังงานใหม่ที่ไม่เคยมีการศึกษาโดยตรงมาก่อน” ตามที่รองหัวหน้านักวิทยาศาสตร์ของโครงการ Zheng Yangheng จากมหาวิทยาลัย Chinese Academy of Sciences ระบุว่า STCF จะรวบรวมข้อมูลจำนวนเท่ากันภายในสามวัน เนื่องจาก BESIII ต้องใช้เวลาหนึ่งปีในการรวบรวม

นี่จะทำให้สามารถยืนยันได้เป็นครั้งแรกว่าเทตราควาร์กมีควาร์กสี่ตัวจริงๆ หรือไม่ "ฉันคาดหวังว่า STCF จะสามารถทำการตรวจวัดขั้นสุดท้ายเพื่อเปิดเผยโครงสร้างควาร์กภายในของแฮดรอนที่แปลกใหม่หลายตัวได้ในที่สุด" กล่าว ไรอัน มิทเชลล์ จาก Indiana University Bloomington ซึ่งเป็นสมาชิกของความร่วมมือ BESIII และสนับสนุนการออกแบบแนวความคิด STCF “ที่สำคัญกว่านั้น ยังช่วยให้เราเข้าใจได้ดีขึ้นว่าพลังอันแข็งแกร่งทำงานอย่างไรเพื่อผูกควาร์กเข้าด้วยกัน”

เราแค่ไม่รู้ว่าจะคาดหวังอะไรในช่วงพลังงานนั้น

Ryan Mitchell มหาวิทยาลัยอินเดียนา บลูมิงตัน

เนื่องจากไม่เคยมีการสำรวจช่วงพลังงาน 5–7 GeV บนเครื่องชนอนุภาคใดๆ มาก่อน STCF จะเปิดประตูสู่ดินแดนที่ไม่เคยมีมาก่อน และอาจถึงขั้นฟิสิกส์ใหม่นอกเหนือจากแบบจำลองมาตรฐานด้วยซ้ำ “เราไม่รู้ว่าจะคาดหวังอะไรในช่วงพลังงานนั้น” มิทเชลล์กล่าวเสริม

เพื่อให้เกิดการชนกันภายใน STCF ที่มีการควบคุมอย่างดี Zhao และทีมงานของเขาได้พัฒนาเทคโนโลยีที่สำคัญ เช่น แหล่งกำเนิดอิเล็กตรอนและโพซิตรอนกำลังสูง แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด และเทคโนโลยีสำหรับการวัดและควบคุมลำแสงด้วยความแม่นยำสูง “อิเล็กตรอนหรือโพซิตรอนแต่ละตัวควรจะผ่านจุดที่อาจเกิดการชนกันนับล้านครั้งตลอดช่วงชีวิตของมัน” Shao Ming จาก USTC นักฟิสิกส์ชั้นนำของโครงการกล่าว “สำหรับความส่องสว่างที่เราออกแบบไว้ เราต้องแน่ใจว่ามันตกถึงจุดนั้นโดยไม่มีข้อผิดพลาดเกินสองสามร้อยนาโนเมตร”

เพื่อให้ STCF ส่องสว่างมากกว่า BEPC-II ถึง 100 เท่า สเปกโตรมิเตอร์จะต้องดีกว่าในการจัดการสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์จากเครื่องตรวจจับ ด้วยเหตุนี้ ความร่วมมือจึงได้รับการส่งเสริมกับบริษัทในประเทศ ซึ่งรวมถึงผู้ผลิตชิป เซ็นเซอร์ และเซมิคอนดักเตอร์ที่สามารถสร้างส่วนประกอบที่จีนไม่สามารถซื้อจากประเทศตะวันตกได้เนื่องจากการคว่ำบาตรการส่งออก “การทำงานร่วมกันได้ผลดีสำหรับโครงการของเราและสำหรับอุตสาหกรรม” Yin Lixin หัวหน้าวิศวกรของ STCF จากสถาบันวิจัยขั้นสูงเซี่ยงไฮ้กล่าวเสริม

รุ่นถัดไป

แม้ว่าการระดมทุนจะไม่ค่อยเป็นปัญหากว่าที่เคยเป็นมา เนื่องจากรัฐบาลท้องถิ่นทุ่มเงินมากขึ้นและให้ความสำคัญกับการเป็นเจ้าภาพสิ่งอำนวยความสะดวกด้านวิทยาศาสตร์ขนาดใหญ่ แต่ STCF ก็ต้องเผชิญกับการแข่งขัน หนึ่งมาจากโรงงาน Higgs รุ่นต่อไป - Circular Electron Positron Collider (CEPC) - วงแหวนระยะทาง 100 กม. ที่จะวิ่งด้วยพลังงานที่สูงกว่ามาก แต่ก็มีราคาแพงกว่ามากเช่นกัน

CEPC ยังตั้งเป้าที่จะเริ่มการก่อสร้างภายในปี 2030 แต่ก็ยังมีความเป็นไปได้ที่ทั้งสองจะสามารถเดินหน้าต่อไปได้ “STCF และ CEPC ไม่จำเป็นต้องขัดแย้งกัน เพราะพวกเขาใช้วิทยาศาสตร์ที่แตกต่างกันมาก” Zhao กล่าว “แม้ว่าทั้งสองโครงการมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นในเวลาเดียวกันน้อยกว่า แต่ช่องว่างในการดำเนินการไม่กี่ปีอาจเพิ่มโอกาสในการสร้างทั้งสองโครงการในที่สุด”

การอภิปรายเกี่ยวกับโครงการที่จะแนะนำสำหรับแผนระยะ 15 ปีฉบับที่ 2026 ที่กำลังจะมีขึ้นของจีน ซึ่งเริ่มตั้งแต่ปี 2030 ถึง 500 ได้เริ่มต้นขึ้นแล้วภายในชุมชนฟิสิกส์พลังงานสูงของจีน แม้ว่าทั้ง STCF และ CEPC จะนำโดยจีน แต่ STCF มีนักวิทยาศาสตร์ประมาณ 74 คนจากมหาวิทยาลัยและสถาบันวิจัย XNUMX แห่งในเอเชีย ยุโรป และสหรัฐอเมริกา Zhao ยอมรับว่ามันเป็นความท้าทายที่จะทำให้ STCF เป็นความพยายามระดับนานาชาติอย่างแท้จริง เนื่องจากความตึงเครียดทางภูมิรัฐศาสตร์และปัจจัยอื่น ๆ แต่ก็เป็นบวกว่าพวกเขาจะมีผลกระทบน้อยที่สุด

“เช่นเดียวกับการทดลองฟิสิกส์อนุภาคอื่นๆ ในโลก STCF จะให้บริการแก่ชุมชนฟิสิกส์อนุภาคทั่วโลก และเรายินดีต้อนรับเพื่อนร่วมงานที่มีความเชี่ยวชาญที่แตกต่างกันให้มาร่วมงานกับเราที่เหอเฟย” Zhao กล่าวเสริม “STCF จะช่วยให้จีนยังคงเป็นผู้นำของโลกในด้านฟิสิกส์ที่มีเสน่ห์และเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องต่อไปเป็นเวลาหลายทศวรรษต่อ ๆ ไป ในที่สุดจีนก็ยืนอยู่แถวหน้าในที่สุด”

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์