6月15日，日本高能加速器研究中心(KEK)的SuperKEKB對(duì)撞機(jī)取得了2.226×10^34 cm^-2s^-1的瞬時(shí)亮度。該亮度刷新了此前由歐洲核子研究中心(CERN)的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)于2018年創(chuàng)造的2.14 ×10^34 cm^-2s^-1的記錄。6月21日， SuperKEKB對(duì)撞機(jī)亮度進(jìn)一步提高，達(dá)到2.40×10^34 cm^-2s^-1的瞬時(shí)亮度。
SuperKEKB對(duì)撞機(jī)的成就是包括中國在內(nèi)的世界各國通力合作的結(jié)晶，也為我國新一代對(duì)撞機(jī)的設(shè)計(jì)建造提供了思路。工作在該裝置上的Belle II探測器由Belle II國際合作組建造，該合作組聚集了全世界26個(gè)國家和地區(qū)115個(gè)研究單位的約1000名物理學(xué)家和工程師，從事標(biāo)準(zhǔn)模型的精確檢驗(yàn)及超出標(biāo)準(zhǔn)模型新物理的尋找等開放性前沿課題的研究。超高亮度的SuperKEKB是采集海量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，研究稀有過程的保障，為Belle II合作組的物理學(xué)家們探索自然創(chuàng)造了前所未有的條件。
我國自1997年與KEK簽署協(xié)議參加B介子工廠——KEKB及Belle實(shí)驗(yàn)的合作，2010年開始參加了上述實(shí)驗(yàn)的升級(jí)工作。Belle II中國組目前包括中國科學(xué)院高能物理研究所、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、北京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)等九個(gè)單位，在Belle II實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與建造、調(diào)試與運(yùn)行維護(hù)、軟件開發(fā)與科學(xué)計(jì)算等方面都作出了重要貢獻(xiàn)，我國將重點(diǎn)參與B介子物理、中性D介子混合與CP破壞和奇特強(qiáng)子態(tài)的研究。
日本高能加速器研究機(jī)構(gòu)位于日本筑波市，是世界上主要的高能物理研究中心之一。SuperKEKB對(duì)撞機(jī)是該中心運(yùn)行的大型超高亮度非對(duì)稱正負(fù)電子對(duì)撞裝置，其對(duì)撞能量瞄準(zhǔn)B介子能區(qū)，被稱作超級(jí)B介子工廠。其前身KEKB對(duì)撞機(jī)在1999-2010年運(yùn)行期間也曾創(chuàng)造并長期保持了對(duì)撞亮度的世界紀(jì)錄，直到2018年被LHC對(duì)撞機(jī)在p-p對(duì)撞中趕超。
對(duì)撞亮度是指粒子束團(tuán)對(duì)撞過程中，單位時(shí)間單位橫截面內(nèi)發(fā)生對(duì)撞的粒子數(shù)量。因此，更高的亮度意味著更高的數(shù)據(jù)采集能力，是對(duì)撞機(jī)最核心的性能指標(biāo)之一。SuperKEKB的設(shè)計(jì)亮度高達(dá)8 ×10^35 cm^-2s^-1，是當(dāng)前亮度記錄的約40倍。為保證這一史無前例的技術(shù)指標(biāo)能夠順利實(shí)現(xiàn)，SuperKEKB計(jì)劃使用的束流強(qiáng)度約為KEKB的兩倍，在設(shè)計(jì)上則首次采用了新的“納米束”方案(“nano-beam” scheme)，即在正負(fù)電子束團(tuán)對(duì)撞區(qū)域，通過兩個(gè)超導(dǎo)四極磁鐵提供的磁場，壓縮束團(tuán)垂直方向的尺寸至50納米左右（即一個(gè)普通病毒的尺寸），使束團(tuán)垂直方向變得更致密，同時(shí)增大正負(fù)束團(tuán)水平交叉角，以減小交叉面積，從而在束團(tuán)長度不變的情況下增加對(duì)撞的有效截面，提高對(duì)撞亮度。
目前，獲取亮度記錄時(shí)應(yīng)用的束流強(qiáng)度仍只相當(dāng)于KEKB的1/3至1/2；束團(tuán)垂直方向的尺寸壓縮至220納米左右。這意味著SuperKEKB的亮度在未來還有很大的上升空間。
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1. 英文版新聞發(fā)布：https://www.kek.jp/en/
2 第一屆Belle II實(shí)驗(yàn)中國組學(xué)術(shù)研討會(huì)在復(fù)旦大學(xué)召開：
http://imp.fudan.edu.cn/1c/49/c1002a138313/page.htm
3 “絕世美女二世”Belle II：
http://www.innoctf.com/kxcb/zxgx/201704/t20170425_4779856.html
SuperKEKB對(duì)撞機(jī)亮度達(dá)到2.40×10^34 cm^-2s^-1的瞬時(shí)亮度
新的“納米束”方案(“nano-beam” scheme)
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