Microsoft Word 、漫谈对撞机（终稿）_ _.doc
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- 进听 秦
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1 漫谈对撞机 张闯 在读这篇文章之前, 大家可能在想 : 什么是对撞机? 为什么要造对撞机? 对撞机是什么样子的? 中国有什么对撞机? 未来将有什么对撞机? 现在, 就让我们一起谈谈这些问题 (1) 什么是对撞机顾名思义, 对撞机是一种让某种东西在其中对撞的机器 在研究高能物理用的对撞机里, 对撞的可不是一般的东西, 而是被加速到接近光速的微小粒子 因此, 这里说的对撞机就是加速带电粒子并在其中进行对撞的加速器 对撞机是探索物质微观世界的强大工具 为了说明这个问题, 还是让我们从头谈起 人类赖以生存的世界是物质的, 而物质世界是无限的 图 1 展示了物质世界的尺度和学科的分野 这张图来自格拉肖十多年前应邀在高能物理研究所作的题为 高能物理的未来 的演讲 这位与温伯格和萨拉姆一起建立电弱统一理论而分享 1979 年诺贝尔物理奖的哈佛大学著名教授, 用一条蛇向听众讲述了物质从宇观的天体 宏观的物体 介观的团簇直到微观的粒子的生动故事 谈到这条 格拉肖蛇 的首尾相衔, 他强调这并不意味着天体物理把粒子物理吞没, 而是指在足够小和足够大的尺度下 (~10 ±30 cm), 两者具有统一的理论, 即电 弱 强和引力相互作用 合四为一 图 1 物质世界的尺度和学科的分野 作为一门基础科学中的前沿学科, 粒子物理研究作为构成我们赖以生存的物质世界的 砖块 的 基本粒子 粒子物理研究旨在回答一系列最基本的问题 : 宇宙间所有的物质与能量的基本要素是什么? 我们所看到的物质的组成和性质及其转变规律是什么? 上世纪以来, 人类对于物质结构的认识, 从原子分子层次 原子核层次, 质子中子层次, 逐步深入到强子内部, 达到夸克和轻子的层次 ; 了解到自然界的四种相互作用都是通过相应的媒介子传递的 : 光子传递电磁相互作用, 中间玻色子 W ± 和 Z 0 传递弱相互作用, 胶子传递强作用, 而引力子传递引力作用 ; 每一种粒子都有它们的反粒子 人们所熟悉的构成原子核的质子和中子, 就是由上夸克 (u) 和下夸克 (d) 所组合而成的, 称为第一代夸克, 对应的第一代轻子是电子 (e) 和电子中微子 (ν e ) 后来又发现了第二代的奇异夸克 (s) 和粲夸克 (c), 对应的第二代轻子为 μ 子和 μ 中微子 (ν μ ) 属于第三代的是底夸克(b) 和顶夸克 (t), 对应轻子为 τ 子和 τ 中微子 (ν τ ) 基本 粒子如此微小, 如何对它们进行研究呢? 粒子加速器是研究微观粒子的 显微镜 用加速器作为 显微镜 研究物质微观结构, 其分辨能力 λ ( 德波罗意波长 ) 与作为 探针 的粒子束流的能量 相关 : λ = h = p hc 这里,p 为粒子动量, h = GeV s 为普朗克常数,c 为光速,β 为相对论速度, 当粒子速度接近光速时 β 1 我们把 h c 和 β 1 代到上面的式子里, 就得到一个非常简单的关系 : 探针束流能量 =1.2 ( 分辨率 ) -1 nm kev 从这个式子里, 我们可以看出, 用于探测物质结构的 探针 束流的能量愈高, 其探测的分辨率也就愈高 因此, 要探索更深层次的微观世界, 研究更微小的粒子, 就需要更高能量的加速器 这就出现了一个有趣的现象 : 研究的对象愈微小, 需要的设备愈庞大 用这个关系, 我们就可以计算不同尺度的微小对象所需要的 探针 束流的能量和相应的观测工具了 计算的结果列在表 1 中 β 1
2 表 1 微小对象的尺度和相应的观测方法 观测对象尺度 (cm) 探针能量实验工具 细胞 / 细菌 10-3 ~ ~10eV 光学显微镜 分子 ~10-7 ~1keV 电子显微镜同步辐射等 原子 ~10-8 ~ 10keV 同步辐射等 原子核 ~10-12 >100MeV 低中能加速器 强子 ~10-13 >1 GeV 高能加速器 夸克 轻子 <10-16 >1TeV 对撞机 在上面的表格里,eV( 电子伏 ) 是粒子能量的单位, 为电子通过 1V 电位差所得到的能量, 1eV= 尔格 而 1TeV=1000GeV =10 6 MeV= 10 9 kev=10 12 ev= 尔格 读者可能会问,1TeV 只有 0.16 微尔格, 这不是一个很小的能量吗, 为什么叫高能呢? 实际上, 对于微观粒子来说, 这就是很高的能量了, 要使每个粒子获得这么高的能量, 需要十分庞大的加速器 而对撞机比普通的打静止靶加速器更有效地达到高相互作用能量 得以充分利用 : C. M = 2 在高能加速器中, 远大于 0, 因此对撞机可以大大提高有效作用能量 让我们再回到 地球加速器 的例子 美国费米国立加速器实验室 (FNAL) 的 Tevatron 已经实现了 0.9TeV 的质子和 0.9TeV 的反质子对撞, 把质心系能量推进到 1.8TeV, 离费米之梦的 3TeV 已近在咫尺 而正在欧洲核子中心 (CRN) 建造的大型强子对撞机 LHC 将能把质子加速到 7GeV 并进行对撞, 质心系能量达 14GeV, 对撞机的周长为 27km, 远小于 地球加速器 的周长, 预期在 2007 年底建成 (2) 为何造对撞机粒子物理深入到更微小的层次, 也就是向 格拉肖蛇 的尾部挺进, 就要求有更高能量的加速器 这里说的 更高能量 是指 打碎 粒子有效的能量, 也就是质心系能量 打个比方, 一辆汽车追尾撞向停在前面的另一辆汽车, 往往是把车子推向前走, 造成汽车的损坏比起两辆汽车迎面相撞来说要小得多 著名的意大利物理学家费米在 1954 年曾提出一个质心系能量 cm 为 3TeV 的加速器设想 那时侯, 还没有对撞机的概念, 下面我们将看到, 为了得到 cm =3 TeV 需要用 =5000 TeV 的束流与静止靶中的质子相互作用, 如采用 2 Tesla 的主导磁场,5000 TeV 的同步加速器的偏转半径约为 8000 km, 比地球的半径还要大 图 2 是这台地球加速器的构想图 当时估算这台地球加速器的造价为 1700 亿美元, 需要 40 年建成 显然, 这只是一个梦想 对撞机能够使费米之梦成真 高能物理需要寻找新粒子, 研究新反应, 就要尽可能把粒子 撞坏 打开, 因而关心的是质心系能量或有效作用能 在打静止靶情况下, 有效作用能 C. M. 2 0 即大部分能量浪费在对撞粒子及其产物的动能上 这里, 0 为粒子的静止能量 对撞机则可使束流的能量 2 图 2 费米构想的地球加速器 对撞机赢得了有效作用能, 但要获得能与打静止靶加速器相比拟的反应事例率, 必须提高对撞亮度 ( 定义为事例率与反应截面的比值 ), 这对加速器物理和技术提出了许多挑战 对撞机在粒子物理近 40 年激动人心的进展中崭露头角, 已成为一种占主导地位的高能加速器 20 世纪 70 年代 J ψ 粒子 τ 轻子和 ϒ 粒子等都是同时或相继在打静止靶加速器和对撞机上获得的, 而能量更高的中间玻色子 W ± 和 Z 0 以及近年发现的 t 夸克, 则是在对撞机上找到并加以研究的 (3) 多样的对撞机 挪威发明家 Rolf Wideröe 在 1943 年提出了对撞机的想法, 在 20 世纪 50 年代, 欧洲 美国和苏联的科学家提出了各自建造对撞机的计划 1962 世界上第一台对撞机, 能量为 MeV 的正负电子对撞机 AdA 在意大利弗拉斯卡蒂实验室建成 ( 图 3) 次年, 美国和俄国也分别建成了正负电子对撞机 CBX(2 500 MeV) 和 VP-1(2 130 MeV) 在这以后, 对撞机随着粒子物理的需求, 如雨后春笋般地出现在世界各大高能物理实验室 表 2 是迄今为止对撞机家族的成员
3 表 2 对撞机家族成员 国家 名称 类型 质心能量建成 (GeV) 时间 CBX e - e -, 双环 CA e + e -, 单环 SPAR e + e -, 单环 CSR e + e -, 单环 美国 PP e + e -, 单环 Tevatron pp, 双环 SLC e + e -, 直线 PP-II e + e -, 双环 RHIC 重离子, 双环 200/u 1999 VP-1 e + e -, 单环 俄国 VPP-2 e + e -, 单环 VPP-4 e + e -, 单环 ISR pp, 双环 CRN SppS pp, 单环 LP e + e -, 单环 LHC pp, 双环 DORIS e + e -, 双环 德国 PTRA e + e -, 单环 意大利 法国 日本 HRA e - p, 双环 AdA e + e -, 单环 ADON e + e -, 单环 DAΦN e + e -, 双环 ACO e + e -, 单环 DCI e ± e ±, 双环 Tristan e + e -, 单环 KKB e + e -, 双环 中国 BPC e + e -, 单环 从表中可以看出, 按照对撞粒子的种类, 对撞机可分为电子对撞机 (e + e - e - e - 或 e ± e ± ), 质子 - 质子 (pp) 对撞机, 电子 - 质子对撞机 (ep) 和重离子对撞机等 ; 按照对撞机的形状, 又有环形 ( 单环或双环 ) 与线形之分 从能量和规模看, 第一台对撞机 AdA 质心系能量为 0.5GeV, 周长约 4m, 只有桌面大小 ; 而现代大型加速器的质心系能量最高为 14TeV, 周长 27 公里, 整个设施犹如一座小城镇, 造价高达 30 亿美元以上 图 3 世界上第一台对撞机 AdA 从表 2 中可以看出, 电子对撞机共有 21 台, 是对撞机家族中的最大成员, 而且品种很多 : 既有早期原理验证性对撞机 AdA CBX VP-1 和 ACO 等, 又有规模最大的 LP; 既有功勋卓著的 SPAR( 在其上发现了 J/ψ 粒子 ), 又有曾被寄予厚望的 PTRA PP Tristan 和 CSR 等 ; 既有早年探索过高亮度的 DORIS 和 DCI, 又有先驱直线对撞机 SLC 近年来, 两台采用双环 能量不对称 多束团对撞的 B 介子工厂, 即美国的 PP-II 和日本的 KKB, 相继建成, 亮度达到 cm -2 s -1 以上, 成为目前世界上亮度最高的对撞机 它们正在大量 生产 B 介子, 深入进行 B 系统中的 CP 破坏等方面的研究 图 4 是 KKB 隧道的照片 正负电子环在隧道里左右放置, 照片中央的是能量为 8GeV 的电子环, 其右侧是 3.5GeV 的正电子环 正负电子束在一个对撞点交叉对撞 照片近处是新安装的 Crab 高频腔, 它的作用是把夹角对撞变成对头碰撞 人们期望这个装置可以把 KKB 的亮度再提高一倍以上 图 4 KKB 加速器隧道上面已经谈过, 美国 FNAL 实验室的 Tevatron 的质心能量已达到 1.8TeV, 接近费米之梦的 3TeV 那么, 它是什么样子的呢? 图 5 是 Tevatron 的布局示意图 从图中可以看出,Tevatron 是一个多级的加速器复合体 : 质子束由预注入器加速到 750keV, 送到一台 200MeV 的直线加速器, 注入到增强器并加速到 8GeV, 再输送到主注入器中, 加速到 120GeV, 一部分注入到 TVATRON 中积累 储存, 另一部分通过束流输运线送到靶站, 打靶产生反质子, 并送到反质子环积累 冷却, 提高流强 减小发射度, 再送回主注入器加速到 120GeV, 最后注入到 Tevatron 中积累 储存, 并与质子对撞 在 Tevatron 的质子 反质子对撞中, 科学家在 1994 年发现了期待以久的 t 夸克 近年来, 科学家又对 Tevatron 做了改进, 进一步提高了亮度, 争取在 LHC 建成前在粒子物理上有新的发现 3
4 个对撞区交叉对撞 HRA 于 1992 建成后即投入运行, 取得了一系列物理成果 图 5 Tevatron 的布局示意图美国 BNL 的相对论性重离子对撞机 RHIC 于 1999 建成, 是目前世界上唯一的一台重离子对撞机, 它可以加速从质子 (250 GeV) 直到金离子 (100 GeV/ 核子 ) 的各种离子并使之对撞, 图 6 是 RHIC 的鸟瞰 重离子从串列静电加速器 (Tendem) 出发, 经过重离子传输线 HITL 送到直线加速器注入增强器, 再送到交变梯度同步加速器 AGS 加速, 最后通过 AGS 到 RHIC 的束流传输线 ATR 注入到 RHIC 在 RHIC 中, 相互对撞的是同一种重离子, 分别在两个独立的超导储存环中积累 加速 储存, 并在六个对撞点交叉对撞 RHIC 旨在重现宇宙大爆炸后早期的现象, 研究重离子对撞产生夸克 - 胶子等离子体等复杂的现象 图 7 HRA 加速器隧道自从 1995 年美国的超级超导对撞机 SSC 计划被否决后, 人们就把希望寄托在欧洲核子研究中心 CRN 的大型强子对撞机 LHC 上 图 8 是安装中的 LHC 图 8 安装中的 LHC 图 6 RHIC 鸟瞰德国同步加速器实验室 (DSY) 的 HRA 是世界上唯一的质子 电子对撞机,820GeV 的质子束和 30 GeV 的电子束在其中对撞, 被称为探测质子结构的超级电子显微镜 图 7 是 HRA 隧道, 照片上方是质子储存环, 下方是电子储存环, 电子束和质子束在四 LHC 安装在周长为 27 公里的 LP 的隧道中, 从图中我们可以看到 LHC 弧区的超导磁铁, 在全环共有 1232 块超导偏转磁铁,392 块超导四极磁铁, 和许多其他磁铁和设备 LHC 可以把质子束加速到 7TeV, 质心系能量大大超过了费米在 1954 年的梦想 LHC 是迄今为止人类建造的最大的加速器装置, 它将在 2007 年底建成 建成后科学家将能用以洞察物质结构的更深层次, 寻找他们梦寐以求的希格斯粒子, 重现和观察大爆炸后早期宇宙的现象 (4) 中国的对撞机北京正负电子对撞机 (BPC) 是一台工作在 τ 粲能区的高性能对撞机 BPC 由四大部分构成 : 注入器与束流输运线 储存环, 北京谱仪和同步辐射装置, 4
5 总体布局见图 9 图 9 BPC 总体布局 BPC 象一支硕大的羽毛球拍, 由北向南而卧 球拍的 把 注入器是一台长 202m 的行波正负电子直线加速器 电子枪产生的电子束在盘荷波导加速管中, 就象冲浪一样骑在微波场上不断得到加速 在电子束被加速到 150MeV 时, 轰击一个约 1cm 厚的钨靶, 由于级联簇效应产生正负电子对, 将正电子聚焦 收集起来加速, 就得到高能量的正电子束 正负电子束流通过输运线注入到球拍的 框 储存环中, 积累 储存 加速 对撞 正负电子束流在储存环 240m 长的真空盒里做回旋运动, 安放在真空盒周围的各种高精度电磁铁将束流偏转 聚焦 控制在环形真空盒的中心附近 ; 高频腔不断把微波功率传递给束流使之补充能量并得到加速 ; 上百个探头检测束流的强度 位置等性能 ; 计算机通过各种接口设备, 控制对撞机的上千台设备的工作 当正负电子束流被加速到所需要的能量时, 对撞点两侧的一对静电分离器被关断, 正负电子束流就开始对撞, 安放在对撞点附近的北京谱仪 (BS) 开始工作, 获取对撞产生的信息, 北京同步辐射装置 (BSRF) 的光束线和实验站也可以开展各种实验 BPC 储存环每隔 4-6 小时重新注入正负电子束流, 重复以上过程 BPC 于 1988 年建成后在 τ 粲能区一直是性能在国际上领先的对撞机, 在 1.89GeV 时的亮度为 cm -2 s -1, 取得了诸如 τ 轻子质量精确测量 R 值测量和新粒子 X(1835) 的发现等举世瞩目的物理成果 但从 2004 年开始, 这一领先优势已让位于美国康奈尔大学的正负电子对撞机 CSRc 为了争夺在 τ- 粲能区的物理成果,CSR 从 2000 年起就着手转入 τ 粲能区的研究, 提出了 CSRc/CLOc 的计划, 把束流能量从原来的 5.6GeV 降低到 GeV, 在 1.89GeV 时的亮度已达到 cm -2 s -1, 超过了 BPC 面对 CSRc/CLOc 的挑战, 中国科学院调整了 BPC 重大改造项目 (BPCII) 的方案 科学家决定采用双环方案, 即在 BPC 隧道里安装两个储存环, 正负电子在各自的环里运动, 只在对撞区交叉对撞, 其设计亮度比现有的 BPC 高两个数量级, 达到 cm -2 s -1, 为 CSRc 的 3-7 倍 为了将束团的数目从 BPC 的 1 对增加到 BPCII 的约 100 对, 就必须让正负电子在各自独立的储存环里运动, 而在对撞点相撞 ; 为了减小将对撞点处的包络, 需要在探测器内部安放磁场梯度很高的超导聚焦磁铁, 还要采用能提供高加速电压和高微波功率的超导高频腔 内环与外环在南北两个对撞点相互交叉, 正负电子各走半个内环和半个外环, 在南对撞点水平交叉对撞 图 10 是 BPCII 储存环的照片 图 10 BPCII 储存环目前 BPCII 设备的制造和安装已基本完成, 正在进行束流调试, 整个工程计划在 2008 年完成 BPCII 建成后, 有望在相当长的时间里保持在 τ 粲能区的国际领先地位, 做出一批原创性的物理成果 (5) 未来的对撞机环型电子对撞机向更高能区发展遇到了同步辐射能量损失随束流能量的四次方增长的困难, 为了向更高的能量和更深的层次进军, 直线对撞机作为未来的高能对撞机而得到世界各国的重视 世界上第一台直线对撞机是美国斯坦福直线加速器中心 (SLAC) 的 SLC, 它利用 SLAC 的 50GeV 的直线加速器 在 SLC 中, 正负电子束流分别经过两个弧形传输线进入对撞区, 实现了 2 50GeV 的对撞, 验证了直线对撞的原理 在这以后, 世界上提出了多个直线对撞机的方案, 形成了低温超导和常温常规两种加速结构之争 5
6 鉴于直线对撞机造价昂贵, 国际高能物理界逐渐达成了合作建造国际直线对撞机 (ILC) 的共识, 成立了由世界各国高能物理学家组成的直线对撞机国际协调委员会 (ILCSC) 和 12 位专家组成的国际技术推荐委员会 (ITRC) 在深入研究 反复比较的基础上, 国际未来加速器委员会 (ICFA) 批准了 ITRC 和 ILCSC 的报告, 并在北京召开的第 27 届国际高能物理大会期间, 于 2004 年 8 月 19 日做出了一个决定, 即下一代大型直线对撞机将采用低温超导加速技术 在此后的两年多的时间里, 各国科学家通力合作, 按计划完成了 ILC 的参考设计报告 今年 2 月 8 日,ICFA 在中科院高能物理所向全世界正式公布了这个报告 根据参考设计,ILC 将建造在总长约 40 公里的地下隧道里, 由两台大型超导直线加速器组成, 分别将正负电子加速到 250GeV 的能量并进行对撞, 质心系能量达到 500GeV, 以后还可扩展到 1TeV; 基本建设和加速器设备的造价估算为 67 亿美元, 需要 2000 名科研和工程技术人员持续工作 5 年以上 图 11 是 ILC 的总体布局 6.4μm 5.7nm 的微小截面里, 以每秒钟 次的频率在对撞点相撞, 质心系能量达到 500GeV, 对撞亮度 cm -2 s -1 在对撞区有两台巨大的探测器 这两台探测器将采用有所不同但互相补充的先进技术, 从而能够记录下每一次对撞产生的每一个粒子, 并能对难以确认的物理发现进行必要的交互性校验, 确保万无一失 在完成 ILC 的参考设计后, 科学家将转入工程设计, 并希望尽快得到各国政府的支持, 计划在 2009 年动工建设,2015 年 ILC 建成并进行调束 图 12 是 ILC 的构想图 图 12 ILC 的构想 图 11 ILC 的总体布局电子枪产生的电子束经过预加速到 5GeV, 注入进周长约 6.7km 的电子阻尼环里 电子束在阻尼环里大约要回旋 1 万圈, 使束团的尺寸变得更小 更致密, 再送到主电子直线加速器 主加速器是一台由 8000 多个超导加速腔组成的总长为 12km 的庞大机器, 加速梯度高达 31.5 MV/m, 可以把电子束加速到 250GeV 的超高能量 在加速到大约 150GeV 时, 电子束被送进一个波荡器后再回到主加速器, 继续加速到 250GeV 并经过最终聚焦后与正电子束对撞 正电子的产生要更麻烦一些 上面谈到的 150GeV 的电子束在波荡器里辐射出的高能 高通量的光子, 轰击到一个钨靶上产生正负电子对, 把正电子束流收集起来, 加速到 5GeV, 注入与电子阻尼环安放在同一个隧道的电子阻尼环里 类似地, 正电子束在阻尼环束团的尺寸变得更小后, 送到主正电子直线加速器, 一直加速到最终能量 250GeV 与电子束对撞 按照参考设计, 每个束团里的约 200 亿个粒子的正负电子束被聚焦在 虽然, 目前这还只是一张艺术性的畅想图, 离开实际还有漫长的距离 但人们有理由相信, 经过全世界科学家的不懈努力,ILC 终将能建成, 用以开展对质量起源 暗物质 暗能量以及空间和时间的性质等基本问题的深入研究, 揭示自然界的奥秘 在直线对撞机中, 用激光与高能正负电子作康普顿散射, 再让所产生的高能 γ 光子对撞, 这就是研讨中的光子对撞机 图 13 为 γ-γ 对撞的示意图 两束入射极化激光分别与极化正 负电子束作康普顿背散射产生两束高能 γ 光子, 此后正 负电子束被磁场偏走, 而 γ 光子束在对撞点相互作用 图 13 γ-γ 对撞示意图 6
7 γ-γ 对撞机中的一个关键问题是光子的聚焦 大家知道, 任何光学元件都无法将如此高能量又不带电荷的 γ 光子束聚焦 在 γ 光子对撞机里, 这个 聚焦 是 自动 发生的 由于电子的能量 (250GeV) 远远高于入射光子的能量 (~1eV), 使背散射 γ 光子沿着几乎与电子完全相同的方向飞向对撞点 因此,γ 光子对撞机所需要的, 是在对撞区正负电子的聚焦, 而这正是直线对撞机设计的要求 两束高能 γ 光子对撞最令人激动的物理工作是直接测量希格斯波色子衰变为两个 γ 的宽度 这是一种在不产生更高能量粒子的情况下精确检验标准模型 超弦模型 人工色模型以及其他模型的有效方法 采用 γ 光子对撞机还可以研究希格斯粒子衰变为 b b 或 ZZ 的反应等等 另一种正在研究中的高能轻子加速器是 μ + -μ 对撞机 μ 子和电子一样, 也是一种轻子 由于 μ 子的质量约比电子大 200 倍, 同步辐射损失小, 容易在环形加速器中被加速到更高能量 大家知道,μ 子是一种不稳定粒子, 其静止寿命只有大约 2μs 由于相对论效应, 在被加速到高能量时粒子寿命将以其相对论能量 γ( 即总能量与静止能量的比值 ) 倍因子提高, 因而仍有可能得到足够的对撞时间 在 μ 子对撞机中 μ 子衰变时会产生大量中微子, 可用于研究中微子物理 因此,μ + -μ 对撞机同时又是中微子工厂 图 14 是一台 cm =4TeV 的 μ + -μ 对撞机布局示意图 应 (γ=20000), 这时 μ + -μ 的寿命增加到 40ms, 对撞次数约为 N= τ μ /T rev 1500, 可以进行高能物理实验 μ + -μ 对撞机可以是 e + -e 直线对撞机的竞争对手, 更可能是它以后的高能加速器, 两者具有互补性 研究正未有穷期 路漫漫其修远兮, 科学家将上下而求索 原文载于 2007 年第 2 期 现代物理知识 图 14 μ + -μ 对撞机布局示意图直线加速器产生的强流质子打靶产生高通量的 π 介子束, 衰变后得到发射度很大的 μ + -μ 子束流, 经螺线管磁场俘获 压缩后, 由离子冷却装置减小其发射度, 传输到常规和超导直线加速器串级快速加速到 2TeV 后, 注入到周长约 8km 的 μ + -μ 储存环中积累 对撞 它的设计亮度为 cm -2 s -1 由于相对论效 7
器之 间 向一致时为正 相反时则为负 ③大量电荷的定向移动形成电 流 单个电荷的定向移动同样形成电流 ３ 电势与电势差 １ 陈述概念 电场中某点处 电荷的电势能 Ｅ ｐ 与电荷量 ｑ Ｅｐ 的比值叫做该点处的电势 表达式为 Ｖ 电场中两点之间的 ｑ 电势之差叫做电势差 表达式为 ＵＡＢ Ｖ Ａ ＶＢ ２ 理解概念 电势差是电场中任意两点之间的电势之差 与参考点的选择无关 电势是反映电场能的性质的物理量
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Particle Physics
( 中国 ) 高能物理展望 李亮上海交通大学物理与天文系 1 宇宙之谜 2 人类解答 : 透过现象看本质 微观 介观 宏观 极小 : 基本粒子 次小 : 质子, 中子原子, 原子核粒子 较小 : 分子 大分子 / 基因 人 人群 大尺度 : 星球 极大 : 星系 / 宇宙 高能物理 中高能物理核物理 原子物理等离子 凝聚态物理化学, 分子物理 生物学 医学 生理学 心理学 社会学 地质学, 天文学
北京同步辐射装置 北京正负电子对撞机一机两用, 既是一台高亮度的高能物理实验装置, 又是一台高性能的光谱 X 射线光源, 即北京同步辐射装置 (BSRF), 其建有 3 个实验大厅,5 个插入件,14 条光束线和实验站, 为来自国内外数百个研究机构的用户提供高性能的同步辐射光, 开展多学科的研究,
我国物质结构研究的大型实验平台 ( 续 ) 原子 分子层次的实验设施 张闯组稿 大家知道, 我们在日常生活中见到的物体大多是由分子组成的, 而分子由原子构成 在分子和原子的层次上开展物质结构的研究, 对于深入了解物质的性质及其相互转化的规律十分重要, 涉及物理 化学 材料科学 生命科学 信息科学和能源与环境等诸多领域 分子和原子的尺寸在 10-8 ~ 10-6 cm 的数量级 要看这么小的粒子, 不但要看得到
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幻灯片 1
李政道先生和中国高能物理 陈和生 中国科学院高能物理研究所 李政道先生是世界著名的物理学家, 为 20 世纪物理学的发展做出了重大贡献 作为炎黄子孙, 李政道先生为我国高能物理事业的发展和人才培养呕心沥血, 也做出了重大的贡献 在李先生八十华诞之际, 我们想借此机会回顾李先生关心 支持和帮助中国高能物理和加速器事业发展的历史足迹 1972 年周总理对张文裕和朱光亚等 18 位科学家关于在中国开展高能物理研究和加速器的预制研究工作的建议信做出
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目 录 0 一个内涵丰富的缩略语 CEPC... 1 I.CEPC 概貌... 1 1.1 参照物 LHC... 1 1.2 超级巨无霸 CEPC... 4 II. 中国为何要建 CEPC?... 5 2.1 粒子物理的重要地位... 5 2.2 粒子物理与加速器... 6 2.3 标准模型与希格斯粒子... 7 2.4 难逢的机遇... 8 2.5 国际反响巨大... 10 2.6 实现 四个率先
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Microsoft PowerPoint - 专题报告2-赵强
高能物理分会工作汇报 赵强 中国科学院高能物理研究所 zhaoq@ihep.ac.cn 中国物理学会第十一届全国会员代表大会, 长春,2015 年 9 月 9 11 日 报告提纲 1. 高能物理亮点工作介绍 2. 高能物理科普 3. 学会工作部署和展望 4. 小结 1. 高能物理亮点工作介绍 高能量前沿 1. 高能物理亮点工作介绍 质量起源 味物理 中微子物理 物质与暗物质反物质宇宙起源不对称自然力的统一
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单位名称 学号 上海科技大学 201428001407001 上海科技大学 201428001407017 上海科技大学 201428001436058 上海科技大学 201428001436059 上海科技大学 201428001436061 上海科技大学 201428001436065 上海科技大学 201428001436066 上海科技大学 201428001436069 上海科技大学 201428001436070
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Weinberg) 萨拉姆(A. Salam) 和格拉肖 (S. Glashow) 带来了 1979 年诺贝尔物理奖 在标准模型中, 中微子没有质量 然而, 从电子中微子和缪子中微子被 图 1 加速器产生中微子通常由耐高温的材料制成, 如石墨等, 以抵抗高功率束流带来的巨大的热量 碰撞产生的不同方向
加速器中微子 何苗 ( 中国科学院高能物理研究所 100049) 中微子研究与进展 加速器是研究微观世界的重要工具 缪中微子与陶中微子均是通过质子加速后打靶产生介子衰变被首次发现 加速器产生的中微子束流, 具有能量高 流强大 方向性好等特点, 因此非常适用于进行中微子的研究 国际上短基线加速器实验被应用于研究中微子与物质的相互作用, 以及寻找新型中微子等 而长基线实验则主要用于研究中微子振荡和测量振荡参数
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宇宙之谜
( 中国 ) 高能物理展望 李亮上海交通大学物理与天文系 宇宙之谜 人类解答 : 透过现象看本质 微观 介观 宏观 极小 : 基本粒子 次小 : 质子, 中子原子, 原子核粒子 较小 : 分子 大分子 / 基因 人 人群 大尺度 : 星球 极大 : 星系 / 宇宙 高能物理 中高能物理核物理 原子物理等离子 凝聚态物理化学, 分子物理 生物学 医学 生理学 心理学 社会学 地质学, 天文学 宇宙学
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北京谱仪实验物理成果 娄辛丑 中国科学院高能物理研究所 主要贡献者 : 高能所信息文献部, 沈肖雁, 修青磊等 叶铭汉先生与北京谱仪物理学术报告会 内容 第一部分 : 北京谱仪实验简介 从 SPEAR-MKIII 到 BEPC-BES 前沿物理牵引 加速器 探测器从无到有 第二部分 : 主要北京谱仪成果 物理成果综述 1992 2014 成果的重要性和影响力 第三部分 : 北京谱仪 -III 物理研究展望
中国土壤氡概况第一章.doc
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CPV-weihai2017-1
2017 年威海粒子物理暑期学校 CP 破坏和味物理研究 张黎明 清华大学 极化和螺旋度 l 坐标轴的选取要有物理意义 极化 (Polarisation) l 比如选取磁场或电场方向为 z 方向, 自旋在此方向的投影 螺旋度 (Helicity) l 没有外场时, 选取粒子的运动方向 p, 自旋在此方向的投影 J p p B z m A z λ A θ p 粒子 A θ p 粒子 A 2 中微子螺旋度的确定
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第一章 绪论
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任春平 邹志利 在坡度为 的平面斜坡上进行了单向不规则波的沿岸流不稳定运动实验 观测到了沿 岸流的周期性波动 波动周期约为 利用最大熵方法和三角函数回归法求得这种波动的主 频率以及幅值 分析了波动幅值在垂直岸线方向的变化 结果表明该变化与沿岸流变化类似 即在 沿岸流最大值附近这种波动强度最大 为了分析波动的机理 利用线性沿岸流不稳定模型对模型实验结果进行了分析 求得了不稳定运动增长模式和波动周期 并与对应实测结果进行了比较
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Microsoft Word - N 作者校样.doc
特邀评述 2015 年第 60 卷第 14 期 :1251 ~ 1260 www.scichina.com csb.scichina.com 中国科学 杂志社 SCIENCE CHINA PRESS 能量前沿正负电子对撞机的研究进展 * 高杰, 靳松 中国科学院高能物理研究所, 北京 100049 * 联系人, E-mail: jinsong@ihep.ac.cn 2014-08-06 收稿, 2014-09-26
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1期
013 年诺贝尔物理奖专题 希格斯粒子之理论浅析 杨金民 (中国科学院理论物理研究所 北京 100190) 01 11 6 收到 email jmyang@itp.ac.cn DOI 10.7693/wl0140103 A brief review of the Higgs particle YANG Jin-Min (Institute of Theoretical Physics Chinese
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一量动…
语 言 教 学 与 研 究,1998(3):102-113. 一 量 VP 的 语 法 语 义 特 点 李 宇 明 根 据 量 词 的 不 同, 一 量 VP 可 以 分 为 三 类 : (1) 畜 力 车, 哪 怕 是 牛 车, 竟 一 辆 没 有 ( 陈 冲 不 自 然 的 黑 色, 十 月 1989 年 6 期 34 (2) 一 刻 都 不 敢 离 开 你 呢 ( 小 牛 上 路 谣, 当 代
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实验室诊断专辑
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本章主要阐述同步电机的工作原理, 利用双反应理论建立同步电机的基本电磁关系, 在 此基础上对同步电机的功角特性 矩角特性及功率因数调节进行深入分析 本章还对迅速发 展的永磁同步电机做了简要介绍 n f 6 f n = = n 8- np 8- a b 8 - a) b) 85 .. 8-a f 8-b. 8- A B C f B A Z Y ω A B C C 8-86 . n f E 3. 8-3
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中国科学院高能物理研究所
中国科学院高能物理研究所 1 中国科学院高能物理研究所 北京市 分析测试百科网 [www.antpedia.com] http://www.antpedia.com/abs/1279/ 文档生成时间 北京时间 :2017-09-24 05:17 中国科学院高能物理研究所 2 声明 本内容有 Antpedia 系统自动生成, 仅作参考, 我们不保证内容的正确性和有效性, 证实或者了解最新信息, 请联系中国科学院高能物理研究所
Conductix-Wampfler Inductive Power Transfer IPT 2
IPT 产品简介 非接触式动力和数据传输系统 Conductix-Wampfler Inductive Power Transfer IPT 2 Conductix-Wampfler Inductive Power Transfer IPT 3 9 1 2 3 4 5 6 7 8 4 2 3 4 1 8 5 7 9 6 ² ² ² - 无限的应用可能性... 用于变速箱总装线上的 AGV 小车
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图 2 高能重离子碰撞形成的系统的时空演化的 QGP 性质如强相互作用的液体 更稀薄时, 达到动力学平衡, 弹 ALICE 实验利用 LHC 产生的性散射也终止, 成为强子间不再有每核子 5.5 TeV( 比 RHIC 的能量相互作用的自由传播的冻结 (Freeze 高 28 倍 ) 的重离子 (P
大型强子对撞机 LHC 上的 ALICE 实验 周书华 ALICE 大型离子对撞机实验 (A Large Ion Collider Experiment) 是欧洲核子中心 (CERN) 的大型强子对撞机 LHC 上的 4 个主要国际合作项目之一 合作组包括 36 个国家的 132 个研究单位的约 1200 位物理学家 工程师和技术工人 其中包括约 200 多研究生 中国原子能科学研究院 华中师范大学和华中科技大学参与了
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