我国物质结构研究的大型实验平台(续)——非加速器粒子物理实验设施

在粒子加速器问世以前,科学家就利用天然放射性和宇宙红进行核物理的研究。1919年卢瑟福用放射性物质产生的α射红轰击原子核,首次实现了人工核反应。天然放射性粒子来之不难,但能量较低、强度很弱;宇宙红能量最高可达1022eV,却是"靠天吃饭",难以开展精确的实验。粒子加速器在20世纪30年代初发明后,很快成为核物理和粒子物理研究的主角。然而,随着粒子物理向高能量前沿的推进,加速器的规模成越来越大,位于瑞士和法国边境质心系1     

超短超强激光驱动新型粒子加速器:机遇和挑战

2018年诺贝尔物理学奖授予了因发明"光学镊子"和"啁啾激光脉冲放大"两项重大技术的3位科学家。其中啁啾激光脉冲放大技术使得人们在实验室获得了前所未有的超短超强激光脉冲。文章简要介绍了由超短超强激光开拓的新兴科学前沿,特别是这种强激光技术推动下的新型粒子加速器研究的发展、机遇和挑战。     

衍射极限储存环的基本原理与技术

正一、粒子加速器与同步辐射光源的发展20世纪以来,人类社会生产力的飞跃进步与科学家们对物质微观构成和量子现象的深入认知紧密关联,而基于加速器的大科学装置已成为研究微观世界最重要的工具之一。科学家们在加速器上发展了现代核物理与粒子物理学科,之后,基于电子储存环的同步辐射光源又经历了三代的发展。第一代同步辐射光源"寄生"地利用高能物理实验储存环中产生的同步光。在此过程中,原来仅仅是高能物理加速器寄生产物的同步辐射日益受到重     

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。     

世界上的高能物理实验室

物质结构、宇宙起源与演化、生命起源及其本质是21世纪自然科学研究的三个重大科技前沿,也是人类长期孜孜以探求的科学问题。在20世纪中叶,随着质子、中子(总称核子)等粒子的发现和核物理研究的深入,科学家对于物质结构的研究进入到比核子更深的层次,即高能物理的领域。二战以后,一批高能物理实验室相继成立,或在原有核物理实验室的基础上发展起来,建造了高能粒子加速器,     

离实用只有一步之遥的桌面型粒子加速器

根据法国科学家们说，物理学家们长期的梦想——桌面型粒子加速器距离实用只有一步之遥．这种加速器用两束激光脉冲产生的电场可以产生能量超过250MeV的单色电子束．与以往的尝试不同，这个装置产生的电子束相当稳定，可以用于放疗和X光机．     

感应同步加速器束团粒子纵向运动数值模拟

依据感应同步加速器验证实验中的相关数据,编写程序,实现了对感应同步加速中粒子纵向动力学过程的数值模拟。针对引起加速初期束团粒子大量丢失的多个可能因素进行了计算分析,明确了各因素对粒子丢失的影响方式和程度。以此为基础,提出了通过大幅减小加速腔体积并同时增加加速腔数量的方式来解决感应同步加速电压幅度实时调节困难的可行性建议,为感应同步加速器的性能提升提供了参考。     

用于质子治癌的室内直线加速器

<正>质子和离子治疗对于许多癌症,如身体深部的肿瘤,是优选的治疗方法。世界上提供这种治疗的约100台设备,都使用回旋加速器或同步回旋加速器将带电粒子加速到所需的能量。与这些圆形的机器相比,直线加速器(linacs)在治疗上具有一定的优势,但是除了一些设计上的困难之外,因体积庞大而很难安装在医院里。西欧核子中心(CERN)的Stefano Benedetti和他的同事们设计了第一台全直线的加速器,克服了体积     

国际粒子加速器的前沿

人类对于微观世界的探索是粒子加速器发展的驱动力.粒子加速器从20世纪30年代问世以来,不断向更高能量和更好性能挺进.随着研究的深入,粒子加速器一步步从低能发展到高能,从弱聚焦发展到强聚焦,从打静止靶发展到粒子束对撞.更高的能量和更高的亮度是用于高能物理研究的加速器发展的两大前沿.作为多学科研究的平台,同步辐射光源、自由电子激光和散裂中子源等基于加速器的大科学装置也在蓬勃发展.各种低能加速器广泛地应用于国民经济的各个领域.新方法、新技术、新原理层出不穷.文章将讨论国际粒子加速器的前沿.     

封面照片说明

众所周知，科学家们首选的粒子物理标准模型为：所有物质是由6种夸克——上、下、奇异、粲、顶和底夸克——及比夸克轻得多的粒子，如电子和中微子等构成的。这些粒子的存在已被令人信服的证据所证实。但该模型还需要宇宙中存在有希格斯玻色子（Higgs Boson），希格斯粒子表现为引力，它在某些粒子周围很密集，而在另一些粒子附近则很少。正是这种聚集的密度赋予粒子以质量，因此，夸克很重，电子很轻，而光子则根本没有重量。     

北京正负电子对撞机

正粒子加速器利用电磁场将带电粒子加速到高能量,是探索物质微观结构的利器。新中国成立伊始,就十分重视科学技术的发展,支持中国的科学家们积极投入物质结构的研究。当时,我国的经济力量还十分薄弱,但党和国家仍然把高能物理研究提到了议事日程上。1956年制订的我国科学发展的十二年远景规划中就提出"制造适当的高能加速器"的构想。光荣之路必艰辛,我国高能加速器的建设经历了七上七下的坎坷曲折,经过几代人艰辛的努力,终于取得了北京正负电子对撞机的成功。     

在质子和中子内部发现冻胶状构造

有的科学家发现,在作为原子构成的基本材料、并占宇宙间物质重量的几乎全部的质子和中子内部,有象冻胶一样的构造。据R.威尔逊在美国物理学会报称:根据电子加速器实验的结果,发现过去科学家一直所认为的在核子的内部有一种坚硬的“芯”的说法是没有证据的。实验是用高能量的电子与氢相碰撞,测量由于氢原子核电荷的作用,电子是如     

激光等离子体波电子加速器

本文分别用理论分析和粒子模拟方法讨论了等离子体尾波加速器和拍波加速器的物理机制。结果表明,只要激光等离子体波足够强,加上适当强度的横向磁场,就可以把MeV数量级的电子在公尺距离内加速到GeV数量级的能量。另外,还用粒子模拟方法,研究了激光对热等离子体受激向后喇曼散射产生低相速度的等离子体静电波对低能电子加速的问题,探讨了多级或多波加速的可能性。结果表明,利用激光等离子体波加速器,在一般的实验室条件下,就可获得GeV数量级的高能电子。 关键词：     

建设大型加速器 实现科学梦

<正>在2012年欧洲核子中心发现希格斯粒子以后,基础物理学的发展面临一个转折点和一个难得的机遇。我们建议建设一个世界上最大的加速器基地,研究希格斯粒子及相关的科学问题,并寻找未来发展的突破口。该项研究将需要使用和发展世界上最先进的加速器、机械、电子、微波、低温超导、计算机及网络等技术,可以大大推动相关领域的发展。该研究将有国内外上万名科学家与工程师直接参与,要用国际化的方式运作、管理,因此需要建设一个国际化的大     

激光等离子体加速器创出加速新纪录

来自美国劳伦斯伯克利国家实验室的研究团队借助世界上最强大的激光器之一对亚原子粒子进行加速,使其达到了突破小型加速器记录的最高能量状态。相关研究发表在最新一期的《物理评论快报》上。实验中,研究人员在9 cm长的等离子体管中对粒子进行加速,使其达到4.25 Ge V。在如此短的距离内,粒子获得的加速度相当于传统粒子加速器能     

指尖上的粒子加速器

<正>激光驱动的粒子加速器是过去20年来研究的热点。研制中无论采用何种技术,都需要用强激光脉冲照射靶子。激光脉冲的强电场将电子与带正电的原子核分离开,产生一个非常强的电场,用来加速带电粒子。最近,美国和德国的两个团队在激光驱动加速器的研究中取得了突破性的进展。美国的团队由Stan ford大学的Robert Byer领导,其中的成员有来自斯坦福直线加速器中心(SLAC)国家加速器实验室、加州     

美国超级计算机模拟早期宇宙图景

据英国《新科学家》杂志网站报道,近日,科学家借助超级计算机模拟出大爆炸后不久的宇宙图景．通过这张图,可以看到稠密的暗物质或普通物质处于波动状态之中．模拟图是由位于美国伊利诺伊州的阿贡国家实验室ANL研发的宇宙模拟器绘制的．     

多目标粒子群优化算法在交变相位聚焦直线加速器优化设计中的应用

现代智能优化算法粒子群算法(Particle Swarm Optimization)在加速器设计优化上的应用逐渐增多。交变相位聚焦直线加速器(Alternative Phase Focused Drift Tube Linac)具有节省空间和造价的优点。将交变相位聚焦直线加速器的初步设计方案作为种子,植入粒子群算法中;以加速器的加速效率和束流能量作为目标,得到该方案的Pareto最优解集;在粒子进化过程中,以Pareto最优解集作为粒子的运动方向,以随机选取的Pareto最优解的运行结果作为粒子的输入参数来源,最终得到了输出能量为5.35 MeV/u、加速效率大于83%的APF优化方案。     

新一代X射线激光器可用于观察分子构造

英国《新科学家》杂志日前刊载文章称，新一代X射线激光器能用于研究蛋白质和其他生物分子的构造和行为。新一代X射线激光器的能量将是现有设备的100亿倍，能使科学家观察到最微小最精妙的分子构造。利用这种技术可以破解复杂的蛋白质和完整的病毒结构，甚至可能获得DNA的三维图像。X射线激光器被称作自由电子激光器。与传统激光器不同，自由电子激光器并不是通过光照或电流刺激某种物质发射光子，而是使用粒子加速器让极小的电子云穿过磁铁组，这些磁铁把电子推来推去，直到电子释放出光脉冲。传统激光器的激光波长是由发射光子的物质本…     

梯形双梁结构超导偏转腔的优化设计北大核心CSCD

双梁结构超导偏转腔可对带电粒子束进行快速的偏转或旋转,具有紧凑、高效的特性,在超导自由电子激光、高能粒子对撞机等加速器装置中具有广泛的应用前景。该类型超导腔设计研究的一个重点是双梁形状的选择和尺寸的优化。针对中国科学院高能物理研究所提议建设的、基于超导直线加速器的X射线自由电子激光装置,采用CST MWS,CST PS,COMSOL,ANSYS等软件仿真手段,结合理论分析,完成了一款双梁形状为梯形的超导偏转腔的优化设计。该梯形双梁结构偏转腔具有良好的电磁和机械性能,同时,腔的尺寸更加紧凑,加工难度也有所降低。