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南师新闻

南师大参与的国际合作实验项目SuperKEKB对撞机亮度打破世界纪录

6月15日,日本高能加速器研究中心(KEK)的SuperKEKB对撞机取得了2.226×1034cm-2s-1的瞬时亮度。该亮度刷新了此前由欧洲核子研究中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC)于2018年创造的2.14×1034cm-2s-1的记录。6月21日,SuperKEKB对撞机亮度进一步提高,达到2.40×1034cm-2s-1的瞬时亮度。

日本高能加速器研究机构位于日本筑波市,是世界上主要的高能物理研究中心之一。SuperKEKB对撞机是该中心运行的大型超高亮度非对称正负电子对撞装置,其对撞能量瞄准B介子能区,被称作超级B介子工厂。其前身KEKB对撞机在1999-2010年运行期间也曾创造并长期保持了对撞亮度的世界纪录,直到2018年被LHC对撞机在p-p对撞中赶超。基于KEKB对撞机的Belle合作组及在美国的另一个B介子工厂BaBar实验2001年在B介子系统中观测到CP破坏(正反物质不对称)过程,日本的理论学家小林诚和益川敏英因为事先预测这一结果而获得了2008年诺贝尔物理学奖。2003年由Belle合作组发现的奇特强子X(3872)开启了高能物理重味奇特强子研究的新篇章。

SuperKEKB对撞机的成就是包括中国在内的世界各国通力合作的结晶,也为我国新一代对撞机的设计建造提供了思路。工作在该装置上的Belle II探测器由Belle II国际合作组建造,该合作组聚集了全世界26个国家和地区115个研究单位的约1000名物理学家和工程师,从事标准模型的精确检验及超出标准模型新物理的寻找等开放性前沿课题的研究。超高亮度的SuperKEKB是采集海量实验数据,研究稀有过程的保障,为Belle II合作组的物理学家们探索自然创造了前所未有的条件。

中国自1997年与KEK签署协议参加B介子工厂——KEKB及Belle实验的合作,2010年开始参加了上述实验的升级工作。Belle II中国组目前包括中国科学院高能物理研究所、中国科学技术大学、北京大学、北京航空航天大学、复旦大学、山东大学、辽宁师范大学、苏州大学、龙虎棋牌游戏官网等九个单位,在Belle II实验的设计与建造、调试与运行维护、软件开发与科学计算等方面都作出了重要贡献。中国Belle组将重点参与B介子物理、中性D介子混合与CP破坏和奇特强子态的研究。

自去年十月正式加入Belle II合作组以来,龙虎棋牌游戏官网筹建了自己的实验队伍参加Belle II实验的运行取数,将与中国的兄弟单位合作对Belle II的子探测器进行维护和升级。在数据分析方面,结合团队在其他强子对撞机(LHC的质子质子对撞和费米实验室的质子反质子对撞)以及正负电子对撞机上重味奇特强子(X(3872),X(4140)以及upsilon对等等)的丰富经验,延续并进一步开拓对重味奇特强子态的研究,以及对稀有衰变过程的探索。

对撞亮度是指粒子束团对撞过程中,单位时间单位横截面内发生对撞的粒子数量。因此,更高的亮度意味着更高的数据采集能力,是对撞机最核心的性能指标之一。SuperKEKB的设计亮度高达8×1035cm-2s-1,是当前亮度记录的约40倍!为保证这一史无前例的技术指标能够顺利实现,SuperKEKB计划使用的束流强度约为KEKB的两倍,在设计上则首次采用了新的“纳米束”方案(“nano-beam” scheme),即在正负电子束团对撞区域,通过两个超导四极磁铁提供的磁场,压缩束团垂直方向的尺寸至50纳米左右(即一个普通病毒的尺寸),使束团垂直方向变得更致密,同时增大正负束团水平交叉角,以减小交叉面积,从而在束团长度不变的情况下增加对撞的有效截面,提高对撞亮度。目前,获取亮度记录时应用的束流强度仍只相当于KEKB的1/3至1/2;束团垂直方向的尺寸压缩至220纳米左右。这意味着SuperKEKB的亮度在未来还有很大的上升空间。

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  • 更新时间

    2020年06月26日 10:09

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    物科院

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