美国的超导超级对撞机

 1989年9月7日上午,美国参、众两院举行会议,表决通过了建造美国历史上最大的加速器--超导超级对撞机（Superconducting Super Collider,即SSC）的决定.这台加速器,是周长87公里的质子-质子对撞机,质心系能量40TeV(1TeV=10¹²电子伏),建造在德克萨斯州达拉斯市南郊农场地下50米左右,耗资60亿美元,由美国能源部领导,SSC实验室（命名为罗纳德·里根高能物理实验室,实验室主任为R·Schwitters）负责,在1998年建成.     

超导超级对撞机(SSC)物理

 近几年来,人们经常谈论美国正在建造一台超导超级对撞机(简称SSC)的问题.它的预算造价为82.49亿美元,历时十年(1989-1999),周长87公里,占地69平方公里.其规模和造价都是空前的.美国政府和能源部正通过各种途径寻找国际合作的可能性来完成这一庞大的高能物理工程.去年五月中旬在北京召开的亚洲、太平洋地区的SSC国际合作会议就是在这一背景下召开的.人们不禁要问为什么要建造这样昂贵的高能加速器?超导超级对撞机对物理学发展会起到什么作用?本文试图从物理角度来分析和回答上述问题.     

第一台直线对撞机开始生产Z^0粒子

1989年4月12 日,在美国斯坦福直线加速器中心(SLAC),人们为高能物理发展的又一大喜事——在建成世界上第一台这类直线对撞机SLC两年后,首次产生了Z0粒子而沉浸在喜悦之中. 由B.里克特教授主持兴建的SLC工程于1983年正式开工.其主要目的有两个:一是发展加速器技术,使建成的新型正负电子对撞机相对于电子储存环对撞机而言,在大幅度提高束流能量时并不需要大大增加经费,为正负电子对撞机向更高能发展开创新途径.二是寻找理论家们预言的传递弱相互作用的中间玻色子Z0,并且可以做许多物理研究工作. 西欧核子研究中心(CERN)的LEP是当今世…     

发现量子宇宙——粒子对撞机的角色

 当今正是粒子物理学发生根本性变革的时期。新近的实验证据要求一种全新的宇宙图像。一些新的发现近在咫尺，它们将以新的物质形态、新的自然力和新的时空维度来拓展人们的想像力。突破将来自下一代粒子加速器，即目前正在欧洲建造的大型强子对撞机(LHC)，以及拟议中的国际直线对撞机(ILC)。在这些加速器上进行的实验将使你的宇宙观念发生根本性的变革。     

等离子体型的粒子加速器

 以接近光速飞行的带电粒子群以及高能加速器,使我们对物质的结构、自然界基本力的作用、宇宙起源的认识,都有了长足的进步.在本世纪30年代,能产生百万电子伏特(MeV)能量的迴旋加速器,模拟了巨星核心的条件,提供了研究原子核反应的实验环境.后来出现的可产生十亿电子伏特(Gev)能量的同步加速器和直线加速器,揭示了中子量内部的环境,并证实了反物质的存在.今天,质子同步加速器的能量达万亿电子伏特(TeV),用于探测宇宙诞生时的十亿分之一秒内的环境.建造世界上最大的加速器--超导超级对撞机(SSC)的计划已经拟定.这个对撞机所使用的技术,在实际上已趋于它的极限.幸运的是,一种新的加速器技术--等离子体型的粒子加速器技术已经问世,它为达到更高能量开辟了一条充满希望的道路.     

桌面上的对撞机

 高能物理实验需要耗资惊人的粒子加速器.例如在美国得克萨斯正在建立中的53英里长的超导超级对撞机,需耗资80亿美元才能建成.但是依利诺阿贡国家实验室的物理学家们已经成功地试验了一种新技术,能显著地减少大型加速器的尺寸与成本.     

高效率生产粲粒子的工厂——BEPCⅡ加速器巡礼

1974年11月,丁肇中和里克特几乎同时宣布,他们的实验组各自在美国布鲁克海文实验室的质子同步加速器AGS和斯坦福直线加速器中心的正负电子对撞机SPEAR上,发现了一个能量约为31亿电子伏特的新粒子,并分别命名为J粒子和Ψ粒子,后来统一称为J／Ψ粒子。这一被誉为“十一月革命”的发现,使高能物理的研究迈进了一个新的境界。     

ILC——TeV能量正负电子直线对撞机计划

 2004年8月20日,在北京举行的第32届世界高能物理大会结束的前两天,国际未来加速器委员会(ICFA)主席乔纳森·多芬(JonathanDorfan)在大会上宣布:国际未来加速器委员会已经批准了国际技术推荐专家委员会(InternationalTechnologyRecommendationPanel)的推荐,专家委员会正式推荐在未来的正负电子直线对撞机上采用"冷技术"。     

超级质子-质子对撞机中束流热屏的热-结构耦合模拟分析

束流热屏(beam screen)是新一代高能粒子对撞机中的重要部件,用于将束流在管道中运行时产生的热量转移到冷却系统中,同时通过束流热屏上的排气孔将残余气体输送至冷管壁上,维持良好的真空度.然而,在转移热负载的过程中,温度变化产生的形变会影响束流热屏的结构稳定性.如何在保证束流热屏良好传热性能的情况下,尽量减小形变是优化束流热屏结构设计的关键问题之一.本文采用ANSYS软件对束流热屏模型的传热性能和力学性能进行了模拟,并优化了束流热屏结构设计,增强其传热性能和结构稳定性.对于束流热屏外屏的内表面,采用减小铜涂层厚度的方式来降低运行过程中产生的洛伦兹力.相关理论模型计算结果表明:与厚度为100μm的铜涂层工况相比,当铜涂层的厚度在0到100μm之间变化时,厚度为75μm的铜涂层可以使束流热屏外屏的最大形变降低70.9%,同时使束流热屏的最高温度升高1.1%.对于束流热屏内屏,采用间隔布置支撑肋片的设计方案对束流热屏的结构进行加固处理,提高束流热屏整体的结构稳定性.计算结果表明:与未加支撑肋片的工况相比,当相邻两个支撑肋片之间的间隔为1个排气孔时,束流热屏内屏的最大形变可降低86.8%,同时使束流热屏的最高温度降低7.69%.研究成果为新一代高能粒子加速器真空系统中关键部件束流热屏的设计提供重要的理论参考.     

美国高能物理15年展望

 美国高能物理项目正处于重大变迁的阵痛之中.随着超导超级对撞机实验室(SSCL)的建造获得批准,一连串事务接踵而至,我国的高能物理领域将受到它的巨大冲击.这一重大的创举,将为延伸能量范围提供史无前例的崭新机会,使我们得以探索这一新的能量范围并有希望对当今高能物理的一些关键问题提供回答。然而,就象任何一项重大变革一样,总伴随着一些新的重大的挑战和要求.这些挑战和要求便是本文的焦点.我谨告诉读者,本文所述仅代表我个人的观点,未必反映高能物理顾问团(HEPAP)的审议结果或美国基金机构的政策.1990年9月HEPAP的会议上,我就我们面临的三个主要问题谈了一些想法和打算,现详述如下.     

CEPC-SppC加速器——从概念设计到技术设计

2012年7月4日欧洲核子研究中心(CERN)宣布在大型强子对撞机LHC上发现希格斯粒子,科学家经过50多年的搜索,粒子物理学终于进入了希格斯时代。由于希格斯能量为较低的125 Ge V,因此,除了可以使用直线正负电子对撞机(例如ILC和CLIC)外,还可以采用环形电子正负对撞机产生希格斯粒子,并且后者具有更高的亮度及更多的对撞点,除了在功耗方面外。     

双束加速器

本文介绍了在TeV能量区域电子一正电子直线对撞机的进展和双束加速器研究的概况。着重介绍以自由电子激光作微波功率源和用激励加速器作微波功率源的二种双束加速器。     

国际直线对撞机研究现状及未来发展

文章介绍了国际直线对撞机(ILC)的科学目标及直线对撞机(LC)与强子对撞机(LHC)的关系.结合对正负电子直线对撞机历史的回顾及国际直线对撞机方案的选择,对国际直线对撞机的发展现状及未来发展趋势进行了介绍.对中国科学家在国际直线对撞机中所做的国际合作研究进行了简要的回顾,并强调了中国抓住国际直线对撞机国际合作机遇对中国科学发展的重要性.     

HIRFL Operation and Upgrade

After almost one year shutdown for upgrading the vacuum chamber of the iniector SFC,SFC has been in operation separately since May 2003. The SFC operation statistics and accelerated heams from May to December 2003 are shown in Table 1 and 2. The main cyclotron SSC has beenfor still shut down in 2003 for upgrading the SSC power supply system, control and diagnostic system, and themain experimental area, LECR3, an ECR ion source dedicated for atomic physics and surface physics research, has provided 2488 hours beams for experiments of atomic physics research.     

非对易时空中的量子场论及其唯象学

首先介绍非对易时空量子场论的基本思想, 并简短地回顾直线对撞机上的唯象学研究. 然后, 较详细地讨论通过e⁺e^－碰撞的中性Higgs粒子对产生来探测非对易信号, 及如何利用洛仑兹对称性破坏从标准模型背景中分离出信号. 最后, 简要地提及构造现实模型方面的近期进展.     

LHC上的ATLAS实验

1989年欧洲核子中心（CERN）的质心能量100-200GeV的正负电子对撞机LEP（Large Electron-Positron Collider）正式运行。LEP后建什么样的加速器,国际社会早有共识,即建造一台质心能量为几十TeV的质子对撞机。20世纪80年代以来,两个类似的强子对撞机,即美国的SSC（Super Superconductive Collider）和CERN的大型强子对撞机LHC（Large Hadron Collider）同时进行预研。     

宁静以致远 淡泊以明志--深切缅怀方守贤先生

方守贤先生是我国著名加速器专家,我国高能加速器事业的开拓者和奠基人之一。20世纪80年代,他参与领导了我国第一台大科学装置—北京正负电子对撞机(BEPC)的设计与建造工作,其性能(对撞亮度)超过国际同能区最好水平—美国斯坦福直线加速器中心SPEAR—个量级,开启了中国基于加速器的高能物理实验研究,为我国在r-粲能区粒子物理研究做出了巨大贡献。     

X波段加速管加高阶模电场分布的测试

介绍了一种用于测试X波段加速管中高阶模电场分布的笼子式微扰体的研制与标定,该微型拢动体通过专门设计加工的固定装置,在尼龙线表面平行沉积溅射数根金属丝膜制成,利用一标准圆柱腔,对笼子式扰动体的扰动因子进行了定标,证实金属丝笼子式拢动体与同外形尺寸的金属圆筒相比,具有高分辨率、高灵敏度的优点,采用笼子式拢动体测试了一根长30cm的X波段加速管中TM110模的纵向电场分布。     

Single-bunch emittance dilution in the perfect ILC main linac

In the ILC (International Linear Collider) main linac, low emittance preservation is the most important issue for beam dynamics study. As the main sources of emittance dilution, the dispersive and wakefield effects were studied in this paper. The theoretical calculations and numerical simulations of these two effects on single-bunch emittance dilution, without any misalignment errors, are presented in detail.     

分离扇回旋加速器的接受度及效率

以9.7MeV/u的238U36+,5.62MeV/u的70Zn10+为典型离子,分析并模拟了分离扇回旋加速器(SSC)的注入、加速和引出,得到了SSC在理论等时场下横向和纵向的接受度。为了研究SSC在实际情况下的接受度,在实测场的基础上采用Kr-Kb方法以及Lagrange插值方法建立了与实际比较符合的等时场,计算了该等时场下SSC横向和纵向的接受度,发现了导致SSC实际接受度和传输效率低的主要原因在于注入系统中的MSI3元件和引出系统中的MSE3元件设计存在缺陷。模拟结果显示,通过改变MSI3和MSE3的曲率或者垫铁改变元件内部的场分布可以改善SSC的实际接受度和传输效率。