TeV對(duì)撞機(jī)物理及BEPC物理

當(dāng)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(duì)稱破缺機(jī)制的探討是人們最關(guān)注的問(wèn)題。標(biāo)準(zhǔn)模型中的Higgs場(chǎng)理論存在不自洽之處。人們一般相信存在標(biāo)準(zhǔn)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(lái)。新的TeV能量對(duì)撞機(jī)運(yùn)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(shí)驗(yàn)的密切配合。本項(xiàng)目組已經(jīng)在2003年的研究中提出在LHC上通過(guò)WW散射探測(cè)Higgs玻色子反常規(guī)范耦合的新的靈敏辦法，為我國(guó)參加LHC實(shí)驗(yàn)提供有自己特色的研究課題，同時(shí)也受到國(guó)際的重視。本項(xiàng)目要繼續(xù)探索新思想，同時(shí)與我國(guó)參加高能對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)的工作者密切結(jié)合，使我們的研究成果落實(shí)到我國(guó)的實(shí)驗(yàn)研究上。. BEPC面臨嚴(yán)峻的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)。非常需要理論研究的配合和指導(dǎo)。本項(xiàng)目將研究建立國(guó)際上尚沒(méi)有的相對(duì)論耦合道體系的強(qiáng)子躍遷理論，將指導(dǎo)的有關(guān)實(shí)驗(yàn)，為的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)作出貢獻(xiàn)。 2100433B

在未來(lái)的LHC強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)和LC直線對(duì)撞機(jī)上，尋找標(biāo)準(zhǔn)模型以外的新物理并進(jìn)行精確檢驗(yàn)是重要任務(wù)之一。我們將深入對(duì)最小超對(duì)稱標(biāo)準(zhǔn)模型（MSSM）在LHC和LC對(duì)撞機(jī)上精確的現(xiàn)象學(xué)進(jìn)行研究。研究如何有效地在對(duì)撞機(jī)上尋找超對(duì)稱粒子Neutralino/Chargino和帶電Higgs粒子；如何進(jìn)行對(duì)撞機(jī)上的超對(duì)稱理論的精確檢驗(yàn)和確定超對(duì)稱參數(shù)。重點(diǎn)通過(guò)對(duì)對(duì)撞機(jī)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(guò)程及其可觀測(cè)量的研究計(jì)算，給出單圈圖階以上精度的理論預(yù)言。該研究將采用唯象理論探討與高能實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)信號(hào)，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(lái)對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)上精確檢驗(yàn)超對(duì)稱物理提供有效的指導(dǎo)方案。 2100433B

1、電子－正電子對(duì)撞機(jī)又稱正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)，由于正負(fù)電子的電荷相反，所以這種對(duì)撞機(jī)只要建立一個(gè)環(huán)就可以了。相應(yīng)的造價(jià)就比較低，世界上已建成的對(duì)撞機(jī)大部分是屬于這一類的。

但是，由于電子回旋時(shí)引起的同步輻射損失，使這種對(duì)撞機(jī)能量的進(jìn)一步提高發(fā)生了困難，因?yàn)橥捷椛涔β逝c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(duì)撞機(jī)均采用大半徑方案，即采用只有幾千高斯的低磁場(chǎng)來(lái)控制電子的運(yùn)動(dòng)，即使如此，電子對(duì)撞機(jī)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(duì)撞機(jī)中運(yùn)動(dòng)時(shí),每圈的輻射損失約為10MeV，如果對(duì)撞機(jī)中的回旋電流為1A，要補(bǔ)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(jiàn)，對(duì)撞機(jī)中高加速頻系統(tǒng)的功率絕大部分是用來(lái)補(bǔ)償這一同步輻射損失的。

輻射特性雖然給電子能量的進(jìn)一步提高帶來(lái)了困難，但也有一定的好處，這是因?yàn)殡娮踊蛘娮幼⑷雽?duì)撞機(jī)后，由于電子的輻射損失，使電子截面受到強(qiáng)烈的壓縮，電子很快集中到一個(gè)很小的區(qū)域中，其余的空間可以用來(lái)容納再一次注入的電子，這樣使積累過(guò)程簡(jiǎn)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(duì)撞機(jī)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(qiáng)的正電子束，往往需要建造一臺(tái)低能量的強(qiáng)流電子直線加速器。另外產(chǎn)生出來(lái)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(duì)撞機(jī)中去。由于正電子束的強(qiáng)度只及電子束的千分之一到萬(wàn)分之一，所以需要幾分甚至幾十分鐘的積累，才能達(dá)到足夠的強(qiáng)度。

2、質(zhì)子－質(zhì)子對(duì)撞機(jī)這種對(duì)撞機(jī)需要建造兩個(gè)環(huán),分別儲(chǔ)存兩束相反方向回旋的質(zhì)子束，才能實(shí)行質(zhì)子與質(zhì)子的對(duì)撞。由于質(zhì)子作回旋運(yùn)動(dòng)時(shí)，其同步輻射要比電子小得多，在質(zhì)子達(dá)到的能量范圍內(nèi)，可以略去不計(jì)，因此為縮小這類對(duì)撞機(jī)的規(guī)模,盡量采用強(qiáng)磁場(chǎng),這就需要采用超導(dǎo)磁體。另外，質(zhì)子束的積累也不如電子對(duì)撞機(jī)那樣方便，它必須依靠動(dòng)量空間的積累來(lái)實(shí)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(dòng)量散度壓縮上百倍，再注入到對(duì)撞機(jī)中去進(jìn)行積累，質(zhì)子對(duì)撞機(jī)中的高頻加速系統(tǒng)主要是用來(lái)進(jìn)行動(dòng)量空間的積累及積累完畢后的進(jìn)一步加速，因此所需要的高頻功率也比電子對(duì)撞機(jī)小得多。由于上述原因，質(zhì)子－質(zhì)子對(duì)撞機(jī)的規(guī)模要比電子－正電子對(duì)撞機(jī)大，投資也較高。

3、質(zhì)子－反質(zhì)子對(duì)撞機(jī)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(gè)環(huán)就能進(jìn)行對(duì)撞。這種對(duì)撞機(jī)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(qiáng)度既弱，性能又差，無(wú)法積累到足夠的強(qiáng)度與質(zhì)子對(duì)撞。70年代后期，“冷卻”技術(shù)的成功，給予這種對(duì)撞機(jī)巨大的生命力(見(jiàn)加速器技術(shù)和原理的發(fā)展)。