TeV對撞機物理及BEPC物理

當前高能物理的研究在醞釀新的突破。涉及一切物質(zhì)質(zhì)量的起源的電弱對稱破缺機制的探討是人們最關注的問題。標準模型中的Higgs場理論存在不自洽之處。人們一般相信存在標準模型以外的新物理。研究表明新物理可能在TeV能區(qū)表現(xiàn)出來。新的TeV能量對撞機運轉(zhuǎn)后高能物理研究可能發(fā)生新的突破。這類研究需要理論與實驗的密切配合。本項目組已經(jīng)在2003年的研究中提出在LHC上通過WW散射探測Higgs玻色子反常規(guī)范耦合的新的靈敏辦法，為我國參加LHC實驗提供有自己特色的研究課題，同時也受到國際的重視。本項目要繼續(xù)探索新思想，同時與我國參加高能對撞機實驗的工作者密切結(jié)合，使我們的研究成果落實到我國的實驗研究上。. BEPC面臨嚴峻的國際競爭。非常需要理論研究的配合和指導。本項目將研究建立國際上尚沒有的相對論耦合道體系的強子躍遷理論，將指導的有關實驗，為的國際競爭作出貢獻。 2100433B

在未來的LHC強子對撞機和LC直線對撞機上，尋找標準模型以外的新物理并進行精確檢驗是重要任務之一。我們將深入對最小超對稱標準模型（MSSM）在LHC和LC對撞機上精確的現(xiàn)象學進行研究。研究如何有效地在對撞機上尋找超對稱粒子Neutralino/Chargino和帶電Higgs粒子；如何進行對撞機上的超對稱理論的精確檢驗和確定超對稱參數(shù)。重點通過對對撞機上含帶電Higgs粒子和Neutralino/Chargino的三體和三體以上的末態(tài)產(chǎn)生過程及其可觀測量的研究計算，給出單圈圖階以上精度的理論預言。該研究將采用唯象理論探討與高能實驗數(shù)據(jù)分析方法相結(jié)合，分析不同模型框架參數(shù)下可能的實驗信號，事例判選條件，本底排除方法以及提取模型參數(shù)的方案。為在未來對撞機實驗上精確檢驗超對稱物理提供有效的指導方案。 2100433B

1、電子－正電子對撞機又稱正負電子對撞機，由于正負電子的電荷相反，所以這種對撞機只要建立一個環(huán)就可以了。相應的造價就比較低，世界上已建成的對撞機大部分是屬于這一類的。

但是，由于電子回旋時引起的同步輻射損失，使這種對撞機能量的進一步提高發(fā)生了困難，因為同步輻射功率與電子的能量二次方成正比，且與回旋半徑的平方成反比，為了減少輻射損失，一般高能量的電子對撞機均采用大半徑方案，即采用只有幾千高斯的低磁場來控制電子的運動，即使如此，電子對撞機的最高能量仍然受到很大的限制，例如,10GeV的電子在曲率半徑為100m的對撞機中運動時,每圈的輻射損失約為10MeV，如果對撞機中的回旋電流為1A，要補償這束電子流的輻射損失，就需要平均功率為10MW的高頻功率。假如正電子流也為1A，則總的平均功率為20MW，由此可見，對撞機中高加速頻系統(tǒng)的功率絕大部分是用來補償這一同步輻射損失的。

輻射特性雖然給電子能量的進一步提高帶來了困難，但也有一定的好處，這是因為電子或正電子注入對撞機后，由于電子的輻射損失，使電子截面受到強烈的壓縮，電子很快集中到一個很小的區(qū)域中，其余的空間可以用來容納再一次注入的電子，這樣使積累過程簡化，而且允許采用較低能量的注入器，通常采用直線加速器，也有采用電子同步加速器的。

這種對撞機中所需的正電子是由能量為幾十兆電子伏以上的電子打靶后產(chǎn)生的，為了得到盡可能強的正電子束，往往需要建造一臺低能量的強流電子直線加速器。另外產(chǎn)生出來的正電子束尚需再度注入到注入器中，與電子一起加速到必要的能量，再注入到對撞機中去。由于正電子束的強度只及電子束的千分之一到萬分之一，所以需要幾分甚至幾十分鐘的積累，才能達到足夠的強度。

2、質(zhì)子－質(zhì)子對撞機這種對撞機需要建造兩個環(huán),分別儲存兩束相反方向回旋的質(zhì)子束，才能實行質(zhì)子與質(zhì)子的對撞。由于質(zhì)子作回旋運動時，其同步輻射要比電子小得多，在質(zhì)子達到的能量范圍內(nèi)，可以略去不計，因此為縮小這類對撞機的規(guī)模,盡量采用強磁場,這就需要采用超導磁體。另外，質(zhì)子束的積累也不如電子對撞機那樣方便，它必須依靠動量空間的積累來實現(xiàn)。為此，必須首先在高能同步加速器中，將質(zhì)子加速到高能（一般為幾十吉電子伏），依靠絕熱壓縮，將質(zhì)子束的動量散度壓縮上百倍，再注入到對撞機中去進行積累，質(zhì)子對撞機中的高頻加速系統(tǒng)主要是用來進行動量空間的積累及積累完畢后的進一步加速，因此所需要的高頻功率也比電子對撞機小得多。由于上述原因，質(zhì)子－質(zhì)子對撞機的規(guī)模要比電子－正電子對撞機大，投資也較高。

3、質(zhì)子－反質(zhì)子對撞機質(zhì)子與反質(zhì)子的質(zhì)量相同，電荷相反，也只需要造一個環(huán)就能進行對撞。這種對撞機發(fā)展得較晚，主要原因在于由高能質(zhì)子束打靶產(chǎn)生的反質(zhì)子束強度既弱，性能又差，無法積累到足夠的強度與質(zhì)子對撞。70年代后期，“冷卻”技術的成功，給予這種對撞機巨大的生命力(見加速器技術和原理的發(fā)展)。