Trung Quốc cân nhắc kế hoạch xây dựng Nhà máy Super Tau-Charm trị giá 640 triệu USD

Trung Quốc cân nhắc kế hoạch xây dựng Nhà máy Super Tau-Charm trị giá 640 triệu USD

Dấu thời gian: 27:2023 sáng ngày 6 tháng 00 năm XNUMX

Các nhà nghiên cứu ở Trung Quốc muốn xây dựng Nhà máy Super Tau-Charm trị giá 640 triệu đô la để thử nghiệm Mô hình Chuẩn của vật lý hạt và đưa quốc gia này đi đầu trong các nghiên cứu về độ chính xác. Linh Tân báo cáo

BESIII tại cơ sở BEPC ở Trung Quốc
Một cho tương lai Nhà máy Super Tau-Charm được đề xuất sẽ là sản phẩm kế thừa của Máy Va chạm Electron Positron Bắc Kinh, đã hoạt động từ năm 1990. (Ảnh: USTC)

Các nhà khoa học ở Trung Quốc muốn chế tạo một máy va chạm electron-positron mới để kiểm tra Mô hình Chuẩn của vật lý hạt với độ chi tiết chưa từng có và giữ cho nước này đi đầu trong các nghiên cứu chính xác về quark duyên và lepton tau. Nếu được phê duyệt, việc xây dựng Nhà máy Super Tau-Charm (STCF) trị giá 4.5 tỷ nhân dân tệ (640 triệu USD) ở Hợp Phì có thể bắt đầu vào năm 2026. Sau đó, các hoạt động sẽ bắt đầu khoảng XNUMX năm sau đó.

STCF được coi là sự kế thừa tự nhiên cho Máy Va chạm Electron Positron Bắc Kinh (BEPC), khai trương năm 1990. Nó bao gồm khoảng 240 m đường hầm dưới lòng đất ở phía tây thành phố, nơi các electron và positron lần đầu tiên được gia tốc gần bằng tốc độ ánh sáng trước khi va chạm vào nhau để tạo ra nhiều loại hạt hạ nguyên tử. vật rất nhỏ. Các quỹ đạo, năng lượng và điện tích sau đó được ghi lại bằng Máy quang phổ Bắc Kinh (BES) để tái tạo lại các quá trình phản ứng.

Hoạt động trong dải năng lượng 2–5 GeV, BEPC đã thực hiện một loạt khám phá quan trọng, đặc biệt là trong vật lý quark charm và tau lepton. Ví dụ, vào năm 1996, các nhà nghiên cứu đã sử dụng máy va chạm để thực hiện các phép đo chính xác về khối lượng của hạt tau. Nó cũng đã được dùng để nghiên cứu các hạt “lạ” chứa bốn hoặc nhiều quark.

Đi đầu

Cả máy gia tốc và máy quang phổ tại BEPC đều trải qua những nâng cấp lớn vào những năm 2000 để trở thành thứ mà ngày nay được gọi là BEPC-II/BESIII, với máy va chạm cải tiến dự kiến ​​sẽ hoạt động tốt vào đầu những năm 2030. Tuy nhiên, vị trí và vòng lưu trữ tương đối nhỏ của nó có nghĩa là sẽ khó đạt được những cải tiến hiệu suất hơn nữa, đó là lý do tại sao các nhà vật lý hạt ở Trung Quốc hiện đang chuyển sang một loại máy mới.

Lần đầu tiên được đề xuất vào năm 2011 bởi nhà vật lý hạt Zhao Guangda của Đại học Bắc Kinh, STCF sẽ có thiết kế tương tự BEPC nhưng có kích thước lớn hơn gấp đôi. Máy gia tốc tuyến tính của nó sẽ dài 400 m, trong khi hai vòng chứa electron và positron mỗi vòng sẽ có chu vi khoảng 800 m. Với các công nghệ máy gia tốc mới và máy quang phổ hiện đại nhất, STCF sẽ hoạt động với dải năng lượng khối trung tâm từ 2–7 GeV và với độ sáng cực đại hơn 0.5 × 1035 cm-2/s, tốt hơn khoảng 100 lần so với BEPC-II.

“BEPC là một trong những cơ sở nghiên cứu hiệu quả và thành công nhất mà Trung Quốc đã xây dựng,” nhà khoa học trưởng của STCF Zhao Zhengguo từ Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc (USTC) cho biết. “Tuy nhiên, so với [BEPC], STCF sẽ tăng tỷ lệ va chạm lên tới 100 lần và mở ra một vùng năng lượng hoàn toàn mới chưa từng được nghiên cứu trực tiếp trước đây.” Theo nhà khoa học phó trưởng dự án Zheng Yangheng từ Đại học Học viện Khoa học Trung Quốc, STCF sẽ thu thập lượng dữ liệu tương đương trong ba ngày vì BESIII cần một năm để thu thập.

Điều này sẽ giúp lần đầu tiên có thể xác nhận liệu một tetraquark có thực sự có bốn quark hay không. “Tôi hy vọng STCF sẽ có thể thực hiện các phép đo dứt khoát để cuối cùng tiết lộ cấu trúc quark bên trong của một số hadron kỳ lạ,” nói Ryan Mitchell từ Đại học Indiana Bloomington, là thành viên của nhóm hợp tác BESIII và hỗ trợ thiết kế khái niệm STCF. “Quan trọng hơn, nó cũng sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của lực mạnh để liên kết các quark lại với nhau.”

Chúng tôi chỉ không biết những gì mong đợi trong phạm vi năng lượng đó

Ryan Mitchell, Đại học Indiana Bloomington

Vì dải năng lượng 5–7 GeV chưa từng được khám phá trên bất kỳ máy va chạm hạt nào trước đây, nên STCF sẽ mở ra cánh cửa cho các lãnh thổ chưa được khám phá và thậm chí có thể là vật lý mới ngoài Mô hình Chuẩn. “Chúng tôi không biết điều gì sẽ xảy ra trong phạm vi năng lượng đó,” Mitchell nói thêm.

Để đạt được các va chạm được kiểm soát tốt bên trong STCF, Zhao và nhóm của ông đã và đang phát triển các công nghệ then chốt như nguồn electron và positron công suất cao, nam châm siêu dẫn và các công nghệ đo và điều khiển chùm tia với độ chính xác cao. Shao Ming của USTC, nhà vật lý hàng đầu của dự án cho biết: “Mỗi electron hoặc positron được cho là sẽ vượt qua điểm va chạm tiềm năng hàng triệu lần trong suốt vòng đời của nó. “Đối với độ sáng được thiết kế của chúng tôi, chúng tôi cần đảm bảo rằng nó chạm tới điểm với sai số không quá vài trăm nanomet.”

Để STCF phát sáng gấp 100 lần so với BEPC-II, máy quang phổ của nó sẽ cần xử lý tín hiệu điện tử tốt hơn từ máy dò. Cuối cùng, quan hệ đối tác đã được thúc đẩy với các công ty trong nước. Chúng bao gồm các nhà sản xuất chip, cảm biến và chất bán dẫn có thể tạo ra các linh kiện mà Trung Quốc không thể mua từ các quốc gia phương Tây do lệnh cấm vận xuất khẩu. Kỹ sư trưởng Yin Lixin của STCF từ Viện Nghiên cứu Tiên tiến Thượng Hải cho biết thêm: “Sức mạnh tổng hợp đã mang lại hiệu quả tốt cho dự án của chúng tôi và cho ngành công nghiệp.

Thế hệ tiếp theo

Mặc dù tài trợ không còn là vấn đề so với trước đây vì chính quyền địa phương đang đầu tư nhiều tiền hơn và dành ưu tiên cao cho việc tổ chức các cơ sở khoa học lớn, nhưng STCF phải đối mặt với sự cạnh tranh. Một là từ nhà máy Higgs thế hệ tiếp theo – Máy Va chạm Electron Positron Tròn (CEPC) – một vòng 100 km sẽ chạy ở năng lượng cao hơn nhiều nhưng cũng tốn kém hơn nhiều.

CEPC cũng đang đặt mục tiêu bắt đầu xây dựng vào năm 2030 nhưng vẫn có khả năng cả hai có thể đi trước. Zhao nói: “STCF và CEPC không cần phải trái ngược nhau vì chúng hoạt động khoa học rất khác nhau. “Mặc dù hai dự án ít có khả năng xảy ra cùng một lúc, nhưng khoảng cách vài năm trong việc thực hiện có thể làm tăng cơ hội để cả hai cuối cùng được xây dựng.”

Các cuộc thảo luận về những dự án nên đề xuất cho kế hoạch 15 năm sắp tới của Trung Quốc, kéo dài từ 2026 đến 2030, đã bắt đầu trong cộng đồng vật lý năng lượng cao của Trung Quốc. Trong khi cả STCF và CEPC sẽ do Trung Quốc lãnh đạo, STCF đã có khoảng 500 nhà khoa học từ 74 trường đại học và viện nghiên cứu ở Châu Á, Châu Âu và Hoa Kỳ. Zhao thừa nhận rằng đây là một thách thức để biến STCF thành một nỗ lực quốc tế thực sự do căng thẳng địa chính trị và các yếu tố khác, nhưng điều tích cực là chúng sẽ có tác động tối thiểu.

“Giống như tất cả các thí nghiệm vật lý hạt trên thế giới, STCF sẽ phục vụ cộng đồng vật lý hạt toàn cầu và chúng tôi hoan nghênh các đồng nghiệp có chuyên môn khác nhau tham gia cùng chúng tôi tại Hợp Phì,” Zhao nói thêm. “STCF sẽ cho phép Trung Quốc tiếp tục dẫn đầu thế giới về vật lý tau-charm và các công nghệ liên quan trong nhiều thập kỷ tới – Trung Quốc cuối cùng cũng đứng ở vị trí hàng đầu.”

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý