为什么要建造超级陶粲装置?

中国高能物理事业从 1988 年北京 BEPC 首次开启束流,到如今超级陶粲装置的建设,已经历经了 35 年的风雨历程。最初,BEPC 是世界上唯一能在陶轻子—粲夸克阈值附近进行粒子碰撞实验的大型对撞机。然而,随着科技的进步和研究需求的变化,BEPC 已经不能完全满足现代科学研究的需要。于是,科学家们便将目光投向了更加先进的“超级陶粲装置”,它把能量上限直接推到了 70 GeV,亮度也提升了 1—2 个量级。简单来说,这就好比把旧战舰升级成了航空母舰。 那么,为什么要花费重金来建造超级陶粲装置呢?这是因为在标准模型已经基本描绘出粒子物理基本面貌的今天,科学家们发现陶粲能区(20—70 GeV)是“语法漏洞最多”的区间。在这个区域内存在着夸克禁闭、CP 破坏、轻子数不守恒、暗物质候选粒子等许多尚未被完全解开的谜团。而超级陶粲装置的出现,就是为了填补这些空白。 通过正负电子对撞机产生的高亮度和高能量束流,科学家们可以更容易地捕捉到那些稀有的衰变过程,同时也能更清晰地绘制出粒子家族的“家谱”。超级陶粲装置的质心能量被精确地调整到 20—70 GeV,专门盯着陶轻子对和粲夸克对诞生的门槛,等待新粒子的出现。 要建造这样一个复杂的装置,光靠中国科学技术大学一家是远远不够的。这次项目是由中国科学技术大学牵头,联合了国内外 106 家科研单位共同参与的浩大工程。其中有 37 家来自海外的单位。这不仅体现了中国科学家的团结协作精神,也证明了中国在粒子物理领域的强大科研实力。 从 2011 年项目立项开始,到 2023 年关键技术攻关启动为止,科学家们走过了一条漫长而曲折的论证隧道。在这个过程中需要解决很多问题:能量到底做多大?亮度要定多高?经费如何分配?每一个环节都需要经过反复讨论和多次论证才能确定下来。赵政国回忆说:“最难的不是写报告,而是把 100 多位专家拉到同一页纸上。”最终方案在多轮国际评审中脱颖而出,成为了下一代陶粲工厂的“世界标杆”。 未来三十年内,超级陶粲装置将回答很多“宇宙级”问题:比如夸克禁闭的本质是什么?通过测量陶轻子衰变中的电荷—宇称不对称性来检验标准模型预言是否正确?还有暗物质是否存在?如果有新物理现象发生该如何解释?这些问题都将在超级陶粲装置上得到解答。 从 1988 年北京 BEPC 到如今超级陶粲装置建设完成并投入使用之日起,中国高能物理事业又向前迈进了一大步。一旦装置建成并投入运行,合肥大科学城将与欧洲大型强子对撞机、美国布鲁克海文国家实验室一起成为全球三大前沿阵地之一。届时点亮的不仅仅是粒子束流,更是人类对宇宙最底层规则的好奇心与探索精神——那束光已经准备就绪,等待着我们去发现更多未知的秘密。