下一代高能正负电子对撞机：现状与对策

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1、下一代高能正负电子对撞机：现状与对策——香山科学会议第464次学术讨论会综述粒子物理学（或称高能物理学）是研究“物质、能量、空间、时间”等自然界最基本问题的学科。粒子物理标准模型的建立使得人类对构成物质世界的基本组成单元和相互作用的认识达到了空前的高度，同时也有很多问题亟待解答。为了深入研究电弱对称性自发破缺机制和质量起源等基本问题，探索超出标准模型的新物理现象，理解宇宙观测中暗物质和暗能量的本质，在大型强子对撞机（LHC）成功运行后，人类还需要建造下一代正负电子对撞机，通过两种对撞机上探测结果的互补来发现和确认新基本粒子及其性质、从而进一步揭示新物理定律。2012

2、年7月4日，欧洲核子研究中心（CERN）宣布在LHC的ATLAS和CMS两个实验都观测到了一个类Higgs玻色子的新粒子，质量在125GeV附近。这个粒子的发现对下一代正负电子对撞机的设计和建造具有关键意义。利用质心系能量250GeV附近的正负电子对撞大量产生Higgs粒子从而精确测量其性质是下一代高能正负电子对撞机主要的科学目标之一。我国科学界和高能物理界一直在关注LHC第一阶段运行后的高能量前沿的重要物理问题，以及国际上的直线对撞机和Higgs工厂方案。普遍认为急需讨论和制定我国参与或承建下一代高能正负电子对撞机的战略对策和实施方案。2013年6月12日~14日

3、，主题为“下一代高能正负电子对撞机：现状与对策”的香山科学会议第464次学术讨论会在北京香山饭店召开。北京大学陈佳洱教授、赵光达教授、清华大学邝宇平教授、中国科学院高能物理研究所方守贤研究员、陈和生研究员和王贻芳研究员担任会议执行主席。来自全国11个单位的35位高能物理和加速器领域的专家学者也应邀参加了会议，与会专家围绕“下一代高能正负电子对撞机粒子物理理论”、“直线对撞机及Higgs工厂加速器”、“直线对撞机及Higgs工厂粒子物理实验和探测器”、“我国的下一代高能正负电子对撞机对策”等中心议题进行了深入交流与讨论。一、主题评述报告与讨论中科院高能所王贻芳研究员在

4、题为“下一代高能正负电子对撞机”的主题评述报告中指出，自LHC的建造确定以后，国际上就开始设想下一代高能正负电子对撞机。在国际未来加速器委员会（ICFA）及其下属的各种委员会领导下，这台首次由全世界高能物理学家和加速器物理学家联合设计的“国际直线对撞机（ILC）”完成了其概念设计（CDR，2007年）、工程设计（TDR，2013年）及造价估计。由于2012年Higgs粒子的发现，国际上关于下一代高能正负电子对撞机的意见逐渐统一：先从250GeV开始，再逐步发展到500GeV。ICFA2012年全面改组了ILC的领导机构，准备积极推动该设施的建造。日本的高能物理学界提

5、出要承建ILC。无论欧洲与美国政府最终会对ILC支持多少，其高能物理学界始终对此努力支持，并积极参加各种ILC相关的组织和管理机构，其人数及话语权实际上远超过日本人。以上情况反映出：1）高能量前沿是高能物理的最前沿，过去几十年最重要的发现主要来源于此；2）高能量前沿的加速器与探测器技术也是最前沿，对未来发展至关重要。因此尽管欧洲与美国由于经费及其它问题不能承建ILC，但他们不能也不会缺席。我国过去由于各种原因，特别是由于ILC的前景不明朗，政府投入几乎为零，高能物理学界也很少有人参与ILC的活动。这与我国的大国地位、高能物理发展水平及其国际影响极不相称，也对我国高能

6、物理的未来发展不利。最近几年，大家一直呼吁改善这种状态，包括2006年召开的香山会议，但现状并未根本好转。2012年的国内ILC讨论会形成一个共识：中国应该积极参加ILC，争取贡献5%左右，并争取在技术和人员上能真正实现贡献5%所需的必要前期R&D政府经费支持。事实上，国内一直有人提出承建ILC，但高能物理学界的共识是：其造价和技术难度超过我们目前可以承受的程度。王贻芳研究员表示，2012年在讨论基于加速器的我国未来高能物理发展规划时，有人提出建造250GeV环形正负电子对撞机（CircularElectronPositronCollider，CEPC）并适时将其改

7、造为50TeV超级质子对撞机（SuperProtonProtonCollider，SPPC），以使我国一步跨入世界最先进行列。特别是未来的质子对撞机，将使我国的粒子物理远超国际上任何其他国家。虽然该设想面临的技术难度与造价均比ILC低，但仍然面临巨大的困难，其可行性是本次会议我们要讨论的重要议题之一。国际上也有人提出环形Higgs工厂的概念，并将其与ILC对立，宣称其优点远好于ILC。我们认为ILC已经过多年研究，技术较为成熟，环形正负电子对撞机CEPC的提出时间很短，还需要做更多的研究。事实上，ILC与CEPC是很好的互补：1）技术上难点各有不同；2）可以去除