中國(guó)物理學(xué)會(huì)高能物理分會(huì)第六次戰(zhàn)略研討會(huì)

會(huì)議紀(jì)要

2016年8月20日至21日，中國(guó)物理學(xué)會(huì)高能物理分會(huì)第六次戰(zhàn)略研討會(huì)在中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)召開,會(huì)議由中國(guó)物理學(xué)會(huì)高能物理分會(huì)主辦、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)承辦。來(lái)自22個(gè)單位的近100名從事高能物理實(shí)驗(yàn)與理論研究、粒子加速器與探測(cè)器技術(shù)方面的學(xué)者與專家參加了會(huì)議。

在過(guò)去幾年里，分會(huì)舉辦了五次高能物理戰(zhàn)略研討會(huì)，曾就大型環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)(CEPC，即Higgs工廠)、超級(jí)Z工廠(SZF)和超級(jí)韜-粲工廠(STCF，也稱為HIEPA)三個(gè)項(xiàng)目有過(guò)多次集中討論，使得我國(guó)高能物理學(xué)界對(duì)未來(lái)基于加速器的諸種可能性有了充分的理解與認(rèn)識(shí)。在此基礎(chǔ)上，2016年6月2日中國(guó)物理學(xué)會(huì)高能物理分會(huì)常務(wù)委員會(huì)擴(kuò)大會(huì)議對(duì)十三五發(fā)改委“先進(jìn)加速器驗(yàn)證裝置”項(xiàng)目申請(qǐng)進(jìn)行了充分細(xì)致的討論，并達(dá)成共識(shí)：基于CEPC科學(xué)目標(biāo)的前沿性和關(guān)鍵技術(shù)的先進(jìn)性，分會(huì)決定以“大型環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)(CEPC: Circular Electron Positron Collider)關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證裝置”名稱來(lái)申請(qǐng)十三五發(fā)改委“先進(jìn)加速器驗(yàn)證裝置”項(xiàng)目。研究和解決在決策我國(guó)高能加速器物理發(fā)展戰(zhàn)略中遇到的關(guān)鍵技術(shù)。

延續(xù)前五次高能物理戰(zhàn)略研討，并基于2016年6月2日的會(huì)議決議，這次戰(zhàn)略研討的目的是進(jìn)一步對(duì)適合我國(guó)高能物理發(fā)展戰(zhàn)略的高能加速器物理發(fā)展規(guī)劃開展研討，以期找到科學(xué)意義重大又適合我國(guó)國(guó)情的高能物理發(fā)展最佳方案，并制定合理的路線圖。

高能物理分會(huì)主任趙政國(guó)院士報(bào)告了粒子物理重大科學(xué)問(wèn)題和裝置，基于加速器高能物理現(xiàn)狀以及高能物理發(fā)展戰(zhàn)略思考。并指出我國(guó)目前處于確定（基于加速器的）高能物理發(fā)展戰(zhàn)略的關(guān)鍵時(shí)期，希望通過(guò)研討在高能物理學(xué)界對(duì)發(fā)展戰(zhàn)略進(jìn)一步形成共識(shí)。這對(duì)未來(lái)提升我國(guó)高能物理基礎(chǔ)研究在國(guó)際上的地位，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展是極為重要的。

與會(huì)者就中國(guó)高能物理未來(lái)發(fā)展可能選項(xiàng)：1. 大型環(huán)型正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)（CEPC，即Higgs工廠）和超級(jí)質(zhì)子-質(zhì)子對(duì)撞機(jī)（SppC： Super Proton Proton Collider); 2.超級(jí)Z-工廠; 3.高亮度正負(fù)電子加速器(HIEPA)，再次聽取了相關(guān)項(xiàng)目專家的報(bào)告，展開了深入的交流討論，包括項(xiàng)目的科學(xué)意義和目標(biāo)，目前存在的問(wèn)題與挑戰(zhàn)、未來(lái)如何推動(dòng)申報(bào)立項(xiàng)、如何相互兼容等。

CEPC是一周長(zhǎng)約幾十至一百公里、可提供質(zhì)心能量約240GeV、亮度為2′10³⁴/cm²/s的環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)。目前粗步估計(jì)CEPC造價(jià)約400億元，從預(yù)研、建造到完成物理運(yùn)行約需30年；CEPC及其上的粒子探測(cè)器都涉及大量最前沿、最新的技術(shù)、方法、材料和工藝。因此它的建造，對(duì)大力推動(dòng)和提升我國(guó)前沿科學(xué)研究和多學(xué)科及高新技術(shù)的綜合國(guó)際地位有其獨(dú)特性。CEPC的主要物理目標(biāo)也是今后幾十年高能物理的主旋律，即精確研究Higgs粒子的性質(zhì)，并以其作為發(fā)現(xiàn)超出標(biāo)準(zhǔn)模型新物理的最重要途徑，這將為新物理、新現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)提供重要的指導(dǎo)方向。 CEPC的建造將使中國(guó)在基礎(chǔ)前沿的全球大科學(xué)中在未來(lái)幾十年處于國(guó)際領(lǐng)先地位。也是在我國(guó)建造科學(xué)技術(shù)前沿大科學(xué)裝置的很好選擇。

推動(dòng)CEPC的關(guān)鍵是：進(jìn)一步深入研究其科學(xué)意義，并向科技界和政府充分闡明其重要性，包括其在國(guó)際上的地位；著手建立符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的國(guó)際合作；及時(shí)開展關(guān)鍵核心技術(shù)的預(yù)研和引進(jìn)；及時(shí)培養(yǎng)和引進(jìn)建造CEPC所需的科學(xué)家和相關(guān)工程技術(shù)專家。

在CEPC的預(yù)研究中應(yīng)該吸取西歐核子中心（CERN）成功建造大型正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)（LEP）和大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）的經(jīng)驗(yàn)，在選址及隧道建設(shè)中預(yù)留足夠的空間、為更長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展留下潛力。

SppC是質(zhì)心能量為約100TeV 的質(zhì)子-質(zhì)子對(duì)撞機(jī)，其亮度為1′10³⁵cm^-2s^-1。其主要物理目標(biāo)是發(fā)現(xiàn)超出標(biāo)準(zhǔn)模型的新粒子和新現(xiàn)象。由于LHC將運(yùn)行約二十年，以在14 TeV能量下收集高統(tǒng)計(jì)量的質(zhì)子-質(zhì)子對(duì)撞數(shù)據(jù)來(lái)尋找超出標(biāo)準(zhǔn)模型的新粒子和新現(xiàn)象。即使LHC上可能因受能量限制而未能發(fā)現(xiàn)新物理，它也必將排除許多新物理模型，給出較嚴(yán)格的新物理有關(guān)參數(shù)的限制區(qū)域，為下一步繼續(xù)尋找新物理提供重要參考。此外，超級(jí)強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)還有許多關(guān)鍵技術(shù)（如超強(qiáng)磁鐵技術(shù)）需要較長(zhǎng)時(shí)期的研發(fā)攻關(guān)和人才隊(duì)伍的培養(yǎng)。因此，SppC的建造，應(yīng)根據(jù)LHC和Higgs工廠（CEPC）的物理結(jié)果、屆時(shí)相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)及國(guó)際高能屆的合作與競(jìng)爭(zhēng)情況來(lái)決定。

超級(jí)Z-工廠（SZF）處于高亮度高精度前沿。它將以10³⁵ /cm² /s或更高的亮度通過(guò)幾十公里（如30km)的加速器環(huán)提供質(zhì)心系能量約90 GeV的正負(fù)電子對(duì)撞，以產(chǎn)生巨大數(shù)量Z-玻色子來(lái)精確測(cè)量Z-玻色子、韜輕子性質(zhì)，尋找超出標(biāo)準(zhǔn)模型的稀有過(guò)程、在研究重味物理、QCD精確檢驗(yàn)和研究強(qiáng)子物理等方面將發(fā)揮重要作用。SZF造價(jià)比CEPC少，但在同一量級(jí)。從預(yù)研，建造到物理運(yùn)行約需要25-30年。它的建成將使我國(guó)成為與西歐核子中心（CERN）運(yùn)行大型正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)（LEP）的時(shí)代相當(dāng)?shù)膰?guó)際高能物理中心，即將是國(guó)際五大高能中心的第二大中心。 SZF除了在科學(xué)意義上進(jìn)行探討外，尚需對(duì)加速器，探測(cè)器進(jìn)行可行性研究和設(shè)計(jì)。

HIEPA項(xiàng)目是超級(jí)t-粲工廠和先進(jìn)的低能區(qū)同步輻射光源相結(jié)合的周長(zhǎng)約1公里的加速器。它將提供1-3.5 GeV的束流能量，且其優(yōu)化在2GeV 處束流能量的亮度將比BEPCII提高50-100倍，并可能需要單束極化。HIEPA旨在t-粲能區(qū)開展高精度物理研究。主要物理目標(biāo)是研究與c夸克和t輕子相關(guān)的前沿粒子物理，如尋找和研究奇異物質(zhì)（強(qiáng)子態(tài)）、尋找稀有和禁閉衰變及超出標(biāo)準(zhǔn)模型的新現(xiàn)象、深入研究強(qiáng)相互作用和核子內(nèi)部的電磁分布等重大科學(xué)問(wèn)題。HIEPA還將提供高新一代高品質(zhì)的從真空紫外到軟x射線的同步輻射光源，為凝聚態(tài)、生物、化學(xué)、材料，微機(jī)械加工等諸多學(xué)科提供研究手段和研究平臺(tái)。

HIEPA造價(jià)約40億元，從預(yù)研，建造到完成物理運(yùn)行約需要25年。在完成物理運(yùn)行后，它將變成專用同步輻射光源。HIEPA在物理運(yùn)行階段，將是國(guó)際五大高能中心的第三大中心。將使我國(guó)在t-粲物理，QCD從非微擾到微擾過(guò)度能區(qū)及奇異強(qiáng)子（物質(zhì)）的尋找和研究方面繼續(xù)保持世界領(lǐng)先的地位。

會(huì)議對(duì)CEPC的關(guān)鍵物理進(jìn)行了廣泛、深入地討論。認(rèn)為CEPC是中國(guó)基于加速器的高能物理發(fā)展的首選項(xiàng)目。研討中與會(huì)專家和代表針對(duì)項(xiàng)目的長(zhǎng)期性、復(fù)雜性和挑戰(zhàn)性也提出了許多具體的問(wèn)題，特別指出應(yīng)該仔細(xì)分析未能入選國(guó)家發(fā)改委十三五項(xiàng)目的原因，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、調(diào)整策略，以便下一步的申報(bào)。由于SZF同樣是高能區(qū)，高亮度的正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)，它在加速器和相關(guān)探測(cè)器技術(shù)，方法，材料和工藝上的挑戰(zhàn)接近CEPC?？梢钥紤]SZF和CEPC物理目標(biāo)融合優(yōu)化，將SZF納入CEPC項(xiàng)目規(guī)劃中。但由于SZF的亮度要求比CEPC高約量級(jí)，能量則僅是CEPC的1/3強(qiáng)、兼顧二者，在加速器和探測(cè)器的設(shè)計(jì)上將面臨極大的挑戰(zhàn)。

由于要和先進(jìn)的同步輻射光源兼容，HIEPA在加速器，探測(cè)器的設(shè)計(jì)和建造方面也極具挑戰(zhàn)。對(duì)建造HIEPA，我國(guó)有較成熟的專家隊(duì)伍和相關(guān)技術(shù)。從時(shí)間跨度上看，HIEPA項(xiàng)目也比高能量前沿的CEPC預(yù)研和建設(shè)周期短，將是BEPC-II/BES-III物理的自然延續(xù)和提高。

通過(guò)研討，與會(huì)者認(rèn)同中國(guó)高能物理學(xué)界應(yīng)該盡快形成具有共識(shí)的發(fā)展路線圖，對(duì)外發(fā)出一致聲音。以上各項(xiàng)目應(yīng)加緊預(yù)研，細(xì)致扎實(shí)做好各方面研究工作，時(shí)刻做好準(zhǔn)備，并進(jìn)一步對(duì)其造價(jià)進(jìn)行更準(zhǔn)確的估算。在不斷推進(jìn)研究的過(guò)程中確定如何整體布局、兼顧融合、分工合作。要極力避免由于首選項(xiàng)目不成功而造成中國(guó)基于加速器的高能物理斷線的局面。建議分會(huì)成立監(jiān)督委員會(huì)，定期監(jiān)督評(píng)估各項(xiàng)目的進(jìn)展情況，根據(jù)階段性進(jìn)展確定下一步的規(guī)劃。高能物理學(xué)界應(yīng)該同心協(xié)力，力推首選、并爭(zhēng)取得到中國(guó)科學(xué)界的認(rèn)同和國(guó)家的支持；同時(shí)要保障和充分利用BESII/BEPCII裝置在今后若干年的正常運(yùn)行和物理成果、并及時(shí)進(jìn)行其升級(jí)改造及新一代該能區(qū)的超級(jí)正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)關(guān)鍵技術(shù)的預(yù)研，以保障我國(guó)高能物理持續(xù)發(fā)展。

這次戰(zhàn)略研討會(huì)為2016年8月24日中國(guó)物理學(xué)會(huì)高能物理分會(huì)常務(wù)委員擴(kuò)大會(huì)議形成“中國(guó)物理學(xué)會(huì)高能物理分會(huì)關(guān)于基于加速器的中國(guó)高能物理未來(lái)發(fā)展的意見”提供了重要的依據(jù)。

中國(guó)物理學(xué)會(huì)高能物理分會(huì)

2016年9月12日