原載于：http://www.xssc.ac.cn/ReadBrief.aspx?ItemID=1055

　　粒子物理學(xué)（或稱高能物理學(xué)）是研究“物質(zhì)、能量、空間、時(shí)間”等自然界最基本問題的學(xué)科。粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的建立使得人類對(duì)構(gòu)成物質(zhì)世界的基本組成單元和相互作用的認(rèn)識(shí)達(dá)到了空前的高度，同時(shí)也有很多問題亟待解答。為了深入研究電弱對(duì)稱性自發(fā)破缺機(jī)制和質(zhì)量起源等基本問題，探索超出標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理現(xiàn)象，理解宇宙觀測中暗物質(zhì)和暗能量的本質(zhì)，在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）成功運(yùn)行后，人類還需要建造下一代正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)，通過兩種對(duì)撞機(jī)上探測結(jié)果的互補(bǔ)來發(fā)現(xiàn)和確認(rèn)新基本粒子及其性質(zhì)、從而進(jìn)一步揭示新物理定律。 

　　2012年7月4日，歐洲核子研究中心（CERN）宣布在LHC的ATLAS和CMS兩個(gè)實(shí)驗(yàn)都觀測到了一個(gè)類Higgs玻色子的新粒子，質(zhì)量在125GeV附近。這個(gè)粒子的發(fā)現(xiàn)對(duì)下一代正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的設(shè)計(jì)和建造具有關(guān)鍵意義。利用質(zhì)心系能量250GeV附近的正負(fù)電子對(duì)撞大量產(chǎn)生Higgs粒子從而精確測量其性質(zhì)是下一代高能正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)主要的科學(xué)目標(biāo)之一。我國科學(xué)界和高能物理界一直在關(guān)注LHC第一階段運(yùn)行后的高能量前沿的重要物理問題，以及國際上的直線對(duì)撞機(jī)和Higgs工廠方案。普遍認(rèn)為急需討論和制定我國參與或承建下一代高能正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的戰(zhàn)略對(duì)策和實(shí)施方案。 

　　2013年6月12日~14日，主題為“下一代高能正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)：現(xiàn)狀與對(duì)策”的香山科學(xué)會(huì)議第464次學(xué)術(shù)討論會(huì)在北京香山飯店召開。北京大學(xué)陳佳洱教授、趙光達(dá)教授、清華大學(xué)鄺宇平教授、中國科學(xué)院高能物理研究所方守賢研究員、陳和生研究員和王貽芳研究員擔(dān)任會(huì)議執(zhí)行主席。來自全國11個(gè)單位的35位高能物理和加速器領(lǐng)域的專家學(xué)者也應(yīng)邀參加了會(huì)議，與會(huì)專家圍繞“下一代高能正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)粒子物理理論”、“直線對(duì)撞機(jī)及Higgs工廠加速器”、“直線對(duì)撞機(jī)及Higgs工廠粒子物理實(shí)驗(yàn)和探測器”、“我國的下一代高能正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)對(duì)策”等中心議題進(jìn)行了深入交流與討論。 

　　一、主題評(píng)述報(bào)告與討論  

　　中科院高能所王貽芳研究員在題為“下一代高能正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)”的主題評(píng)述報(bào)告中指出，自LHC的建造確定以后，國際上就開始設(shè)想下一代高能正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)。在國際未來加速器委員會(huì)（ICFA）及其下屬的各種委員會(huì)領(lǐng)導(dǎo)下，這臺(tái)首次由全世界高能物理學(xué)家和加速器物理學(xué)家聯(lián)合設(shè)計(jì)的“國際直線對(duì)撞機(jī)（ILC）”完成了其概念設(shè)計(jì)（CDR，2007年）、工程設(shè)計(jì)（TDR，2013年）及造價(jià)估計(jì)。由于2012年Higgs粒子的發(fā)現(xiàn)，國際上關(guān)于下一代高能正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的意見逐漸統(tǒng)一：先從250 GeV開始，再逐步發(fā)展到500 GeV。ICFA2012年全面改組了ILC的領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)，準(zhǔn)備積極推動(dòng)該設(shè)施的建造。日本的高能物理學(xué)界提出要承建ILC。無論歐洲與美國政府最終會(huì)對(duì)ILC支持多少，其高能物理學(xué)界始終對(duì)此努力支持，并積極參加各種ILC相關(guān)的組織和管理機(jī)構(gòu)，其人數(shù)及話語權(quán)實(shí)際上遠(yuǎn)超過日本人。 

　　以上情況反映出：1）高能量前沿是高能物理的最前沿，過去幾十年最重要的發(fā)現(xiàn)主要來源于此；2）高能量前沿的加速器與探測器技術(shù)也是最前沿，對(duì)未來發(fā)展至關(guān)重要。因此盡管歐洲與美國由于經(jīng)費(fèi)及其它問題不能承建ILC，但他們不能也不會(huì)缺席。我國過去由于各種原因，特別是由于ILC的前景不明朗，政府投入幾乎為零，高能物理學(xué)界也很少有人參與ILC的活動(dòng)。這與我國的大國地位、高能物理發(fā)展水平及其國際影響極不相稱，也對(duì)我國高能物理的未來發(fā)展不利。最近幾年，大家一直呼吁改善這種狀態(tài)，包括2006年召開的香山會(huì)議，但現(xiàn)狀并未根本好轉(zhuǎn)。2012年的國內(nèi)ILC討論會(huì)形成一個(gè)共識(shí)：中國應(yīng)該積極參加ILC，爭取貢獻(xiàn)5%左右，并爭取在技術(shù)和人員上能真正實(shí)現(xiàn)貢獻(xiàn)5 %所需的必要前期R&D政府經(jīng)費(fèi)支持。事實(shí)上，國內(nèi)一直有人提出承建ILC，但高能物理學(xué)界的共識(shí)是：其造價(jià)和技術(shù)難度超過我們目前可以承受的程度。 

　　王貽芳研究員表示，2012年在討論基于加速器的我國未來高能物理發(fā)展規(guī)劃時(shí)，有人提出建造250 GeV環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)（Circular Electron Positron Collider，CEPC）并適時(shí)將其改造為50 TeV超級(jí)質(zhì)子對(duì)撞機(jī)（Super Proton Proton Collider，SPPC），以使我國一步跨入世界最先進(jìn)行列。特別是未來的質(zhì)子對(duì)撞機(jī)，將使我國的粒子物理遠(yuǎn)超國際上任何其他國家。雖然該設(shè)想面臨的技術(shù)難度與造價(jià)均比ILC低，但仍然面臨巨大的困難，其可行性是本次會(huì)議我們要討論的重要議題之一。國際上也有人提出環(huán)形Higgs工廠的概念，并將其與ILC對(duì)立，宣稱其優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)好于ILC。我們認(rèn)為ILC已經(jīng)過多年研究，技術(shù)較為成熟，環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)CEPC的提出時(shí)間很短，還需要做更多的研究。事實(shí)上，ILC與CEPC是很好的互補(bǔ)：1）技術(shù)上難點(diǎn)各有不同；2）可以去除ILC push-pull的選擇；3）物理成果互相檢驗(yàn)。對(duì)中國來說，如果CEPC想得到國際支持，就需要我們首先支持ILC。我們應(yīng)該參與國際上ILC的預(yù)研以掌握技術(shù)，并參與ILC建設(shè)以爭取科學(xué)研究的話語權(quán)。我們也應(yīng)該探索在中國建設(shè)CEPC的可能性，并積極爭取國內(nèi)外的廣泛支持，使我國的高能物理研究走到世界最前列。 

　　與會(huì)專家指出，探索物質(zhì)最深層次的結(jié)構(gòu)和規(guī)律是重大的科學(xué)前沿問題。Higgs粒子是標(biāo)準(zhǔn)模型最重要的粒子，對(duì)Higgs粒子性質(zhì)的精確測量和尋找新粒子具有全局性的意義。我國提出的環(huán)形Higgs工廠（CEPC）及后續(xù)的超級(jí)質(zhì)子對(duì)撞機(jī)（SPPC）的科學(xué)目標(biāo)非常重要，是世界高能物理的制高點(diǎn)。中國高能物理將由此打開一個(gè)全新的局面，站到世界最前列。CEPC-SPPC是我國未來高能物理發(fā)展的很好的選擇，相對(duì)別的選項(xiàng)意義更為重大。但是，CEPC的造價(jià)很高, 三百億的項(xiàng)目國家不一定能批準(zhǔn)。如果實(shí)在困難，可以考慮規(guī)模相對(duì)小一些的項(xiàng)目，使中國高能物理能持續(xù)得到發(fā)展。我國應(yīng)把研究力量組織好，同時(shí)把Higgs工廠和尋找新的重粒子的兩方面研究都做好，爭取在兩方面都有所作為。CEPC既可作為Higgs工廠（與ILC一樣）對(duì)125 GeV的共振做精確測量，又可以在做完精確測量后改為50 TeV的質(zhì)子對(duì)撞機(jī)，在尋找新的重粒子方面優(yōu)于升級(jí)以后的LHC，將在高能研究最前沿研究中領(lǐng)先，這是CEPC-SPPC的重要優(yōu)勢。 

　　CEPC是我國高能物理界的一個(gè)夢想，若能實(shí)現(xiàn)，會(huì)使中國高能物理實(shí)驗(yàn)研究跨越發(fā)展。但因?yàn)橐ㄔO(shè)一個(gè)規(guī)模是CERN兩到三倍的高能物理中心，建設(shè)和運(yùn)行經(jīng)費(fèi)非常巨大，必須需要深入研究它的科學(xué)目標(biāo)和技術(shù)可行性和造價(jià)，決策要十分謹(jǐn)慎。應(yīng)該看到CEPC與ILC比的局限性，它的周長決定了其最高質(zhì)心系能量。例如，選擇50公里周長，就難以研究質(zhì)量超過125GeV的新粒子。如果將來在LHC發(fā)現(xiàn)超過這個(gè)能標(biāo)的新物理，它就可能很被動(dòng)。此前的LEP和Tristan就是教訓(xùn)。CEPC是重要的跨越，建成后確能使我國的高能物理邁向世界領(lǐng)先行列，但它的規(guī)摸很大，難度不小，它的實(shí)現(xiàn)，首先需要高層決策和科技界共識(shí)。從總體上看，CEPC雖相對(duì)ILC有很多優(yōu)點(diǎn)，但目前它的設(shè)計(jì)還很初步，到技術(shù)設(shè)計(jì)尚需要相當(dāng)長的時(shí)間，需要充分估計(jì)和進(jìn)一步暴露它的物理問題和技術(shù)難度，如同步輻射功率、束流極化等，對(duì)CEPC造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)的估計(jì)也需進(jìn)一步細(xì)化。也有專家指出，近期我國物理研究做出的很多很好的工作都不是在高能物理領(lǐng)域，國家不一定非要投幾百個(gè)億建對(duì)撞機(jī)發(fā)現(xiàn)一個(gè)新粒子，拿一個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)。項(xiàng)目要考慮國家的可承受能力，國際合作要考慮國內(nèi)發(fā)展，在國內(nèi)要做出有特點(diǎn)的工作，與國家需求相結(jié)合，才可能得到國家的支持。超導(dǎo)加速器技術(shù)的發(fā)展也不一定非要高能物理來推動(dòng)，可以通過別的項(xiàng)目來推動(dòng)。別的大型國際合作的科學(xué)意義也不一定比高能對(duì)撞機(jī)小。另外隨著新的加速原理和技術(shù)的進(jìn)步，未來的高能對(duì)撞機(jī)的規(guī)模和造價(jià)可能要小得多，性價(jià)比提高很多，可操作性會(huì)好一些。 

　　二、粒子物理能量前沿現(xiàn)狀與展望 

　　國際粒子物理界有一個(gè)共識(shí)，認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)模型還存在許多不足之處，它不會(huì)是最終的理論，探索能更好反映自然界的超出標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理是粒子物理研究的主要方向?，F(xiàn)在LHC已發(fā)現(xiàn)一個(gè)125 GeV Higgs共振態(tài)，下一步需要仔細(xì)測量它與各種粒子的耦合以判斷它究竟是標(biāo)準(zhǔn)模型的Higgs（意味著驗(yàn)證了標(biāo)準(zhǔn)模型）還是標(biāo)準(zhǔn)模型以外的Higgs（意味著發(fā)現(xiàn)了新物理），這是個(gè)非常關(guān)鍵的問題。普遍認(rèn)為單憑LHC的實(shí)驗(yàn)是難以做出明確的結(jié)論的，還需要建造正負(fù)電子對(duì)撞的Higgs工廠來做精確測量, 例如ILC和我國提出的CEPC。此外，進(jìn)一步在高能對(duì)撞機(jī)（14 TeV的LHC及更高能量的強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)）上探索新的重粒子也是認(rèn)識(shí)自然界規(guī)律的很重要的方面，與國際各對(duì)撞機(jī)相比，我國在CEPC之后改成的SPPC在這方面有巨大優(yōu)勢。粒子物理理論目前存在很多未解決的問題，需要認(rèn)真考慮新的加速器尋找新物理的能標(biāo)，如質(zhì)子對(duì)撞機(jī)能升級(jí)到質(zhì)心能量80-100TeV。海量產(chǎn)生Higgs粒子的Higgs工廠將與以往的粒子工廠完全不同，它將以標(biāo)量粒子為基礎(chǔ)來研究費(fèi)米子和規(guī)范粒子，研究他們的相互作用、CP破壞并提供發(fā)現(xiàn)新物理的窗口，物理意義更大。 

　　三、直線對(duì)撞機(jī)及Higgs工廠加速器研究現(xiàn)狀 

　　未來能量前沿正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)現(xiàn)有三種設(shè)計(jì)：國際直線對(duì)撞機(jī)（ILC），緊湊型直線對(duì)撞機(jī)（CLIC）及環(huán)形Higgs工廠。目前ILC是最成熟的，其技術(shù)設(shè)計(jì)已完成，技術(shù)預(yù)研已進(jìn)行了十多年，取得了巨大的進(jìn)步。CLIC目前尚處于概念設(shè)計(jì)階段，已完成了概念設(shè)計(jì)，但總體來說技術(shù)尚不成熟，一般認(rèn)為應(yīng)該是ILC以后的機(jī)器。2012年Higgs粒子發(fā)現(xiàn)后，國際上提出可以建造周長為30-80公里的環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)Higgs工廠。我國科學(xué)家王貽芳研究員于2012年9月提出可以利用50-70km環(huán)型正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)Higgs工廠的隧道將來改建為質(zhì)心能量50-70TeV質(zhì)子-質(zhì)子對(duì)撞機(jī)，大大超過CERN現(xiàn)有的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)LHC。該設(shè)想的技術(shù)相對(duì)ILC來說較成熟，造價(jià)相對(duì)較低，未來發(fā)展?jié)摿薮螅撀窂接袧摿κ怪袊吣芪锢硌芯吭谖磥韼资曜叩绞澜缜傲?。目前國?nèi)外有許多研究與設(shè)計(jì)，但還需要較多的時(shí)間完成細(xì)致的機(jī)器優(yōu)化設(shè)計(jì)工作。與會(huì)專家比較了國際上各種Higgs工廠加速器的特點(diǎn),介紹了中國環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)Higgs工廠（CEPC）加速器的設(shè)計(jì)，并對(duì)于未來中國環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞Higgs工廠（CEPC）及未來可能的質(zhì)子-質(zhì)子對(duì)撞機(jī)（SPPC）介紹了我國加速器設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)提出的初步設(shè)計(jì)方案，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)有方案給出了初步造價(jià)估算。 

　　四、直線對(duì)撞機(jī)及Higgs工廠粒子物理實(shí)驗(yàn)和探測器研究現(xiàn)狀 

　　Higgs-工廠（運(yùn)行在250GeV處的正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)）可以勝任對(duì)Higgs粒子大部分重要性質(zhì)的研究，在下一代正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)上還可以開展很多通過精確檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)模型來探索新物理的研究。國際上對(duì)此專門成立兩個(gè)實(shí)驗(yàn)合作組：ILD、SiD。CLIC和ILC將在探測器的研制上加強(qiáng)合作。國內(nèi)的高能粒子探測器研發(fā)能力經(jīng)過了北京譜儀、大亞灣中微子等大型前沿實(shí)驗(yàn)的磨練，已經(jīng)具備了一定的規(guī)模和經(jīng)驗(yàn)。對(duì)應(yīng)于中國下一代能量前沿的高能粒子對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)，我們還缺少一些先進(jìn)探測器技術(shù)和操作經(jīng)驗(yàn)。這些關(guān)鍵的技術(shù)包括抗輻照半導(dǎo)體徑跡探測器和相關(guān)的電子學(xué)、數(shù)字化徑跡量能器、智能觸發(fā)器等。 

　　五、我國的下一代高能正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)對(duì)策 

　　未來高能物理加速器前沿裝置無論建造地在國內(nèi)還是在國外，其技術(shù)水平和技術(shù)難度都具有國際高度，國際合作不可避免。只有積極參與到國際高能物理加速器國際合作，并做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)，以我為主的先進(jìn)加速器項(xiàng)目才能得到國際高能界的全力配合與支持，我國高能物理隊(duì)伍水平才能真正提高和不斷壯大，中國高能物理的未來道路才能越走越寬。超級(jí)Z-工廠能夠?yàn)閷?shí)驗(yàn)精確研究Z-玻色子性質(zhì)，尋找Z-玻色子衰變的稀有過程，把檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)模型和發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)模型之外的“新物理”線索或限制特定“新物理”的實(shí)驗(yàn)研究提高到其它設(shè)備達(dá)不到的全新水平。超級(jí)Z-工廠應(yīng)該是我國未來（BEPCII之后）高能加速器物理實(shí)驗(yàn)研究需要認(rèn)真思考和最后做出決定的不多的選項(xiàng)。與會(huì)專家認(rèn)為，CEPC是國際的熱點(diǎn)、正確的方向、難得的機(jī)遇,但規(guī)模龐大、任務(wù)艱巨。需要把現(xiàn)在的BEPCII運(yùn)行好、把工作做細(xì)、加強(qiáng)管理、繼續(xù)提高亮度，培養(yǎng)和傳承隊(duì)伍，提升隊(duì)伍的自信心和外界對(duì)我們的信心，在這基礎(chǔ)上才能走遠(yuǎn)。 

　　六、小結(jié)與建議 

　　與會(huì)專家在充分交流與討論的基礎(chǔ)上，形成如下基本共識(shí)和建議： 

　　1. 高能量是粒子物理發(fā)展的最前沿，下一代高能正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)是大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）運(yùn)行以后的自然選擇。 

　　2. 國際直線對(duì)撞機(jī)（ILC）經(jīng)過二十多年的準(zhǔn)備，已完成技術(shù)設(shè)計(jì)（TDR），建設(shè)前的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作已基本成熟，我國應(yīng)積極參與ILC的預(yù)研與建造。 

　　    1) 日本高能物理學(xué)界正在積極努力，提出承建ILC，并提供50%的經(jīng)費(fèi)，推動(dòng)日本政府同意將其在日本付諸實(shí)施。 

　    　2) 歐洲高能物理學(xué)界剛剛完成其戰(zhàn)略規(guī)劃（Roadmap），提出如果日本承建ILC，歐洲將積極推動(dòng)并參加。 

　　    3) 美國正在進(jìn)行高能物理新的五年規(guī)劃的制定，其政府部門正與日本密切接觸，最終結(jié)果2013年底前將會(huì)揭曉。 

　　    4) 由于其科學(xué)上的重要意義及技術(shù)上的重要性，我國不應(yīng)該缺席ILC。參加ILC是我國作為世界大國的責(zé)任，反映我國在高能物理領(lǐng)域的地位，也是吸引國外科學(xué)家參加國內(nèi)未來重大項(xiàng)目的需要。 

　　    5) 中國科學(xué)家應(yīng)積極參與ILC未來的建設(shè)與管理，并希望我國政府以實(shí)物方式貢獻(xiàn)約5%，這是作為重要參加國的必要條件。 

　　    6) 希望國家盡快落實(shí)對(duì)ILC預(yù)研經(jīng)費(fèi)的支持。同時(shí)應(yīng)適時(shí)啟動(dòng)參加ILC項(xiàng)目的論證工作。 

　    　7)應(yīng)該適度參加各種未來加速器的預(yù)研，跟蹤國際發(fā)展，積累相關(guān)技術(shù)。 

　　3. “環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)Higgs工廠（CEPC）+超級(jí)質(zhì)子對(duì)撞機(jī)（SPPC）”是我國高能物理發(fā)展的重要選項(xiàng)和機(jī)遇。 

　　    1) 中國應(yīng)該建立和保持自己的大型高能加速器研究基地，成為重要的國際科學(xué)研究中心之一。 

　　    2) 在Higgs粒子發(fā)現(xiàn)之際，作為BEPCII之后的下一代加速器，在中國建造一個(gè)環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)Higgs工廠是我國高能物理發(fā)展的一個(gè)重大歷史機(jī)遇。該加速器可以仔細(xì)研究Higgs粒子性質(zhì)，尋找新物理跡象，也可以降低能量作為Z-工廠運(yùn)行。 

　    　3) 該高能正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)科學(xué)目標(biāo)極為重要，未來發(fā)展?jié)摿薮?，可以在同一隧道?nèi)實(shí)現(xiàn)如pp（質(zhì)子-質(zhì)子）、AA（重離子-重離子）、eA（電子-重離子）、ep（電子-質(zhì)子）等的對(duì)撞，使我國在未來的幾十年內(nèi)保持先進(jìn)，成為國際主要的高能物理研究中心之一。 

　    　4) 應(yīng)立即組織隊(duì)伍，開展方案設(shè)計(jì)，研究關(guān)鍵問題，探討實(shí)現(xiàn)路徑，盡快完成可行性研究報(bào)告。