CEPC简报 2021年第1期（总第1....pdf

环形正负电子对撞机简报 CIRCULAR ELECTRON POSITRON COLLIDER NEWSLETTER 2021 年第 1 期（总第 1 期） 【本期导读】 新冠肺炎肆虐全球，CEPC 中国以及国外合作研 究团队仍取得了许多令人瞩目的研究进展 ■国际间合作形式受疫情影响呈现重大变化，很 多国际会议获得更广泛的参与度 ■ CEPC 各项课题进展继续稳步推进 ■ CEPC 物理研究团队获中国物理学会最有影响 论文奖 CEPC NEWSLETTER 【封面聚焦】高能所 1.3 GHz 9-cell 高品质因数 超导腔研发取得重大突破 高 Q 超导腔创新研发及小批量成果鉴定会召开 大型加速器不仅是进行粒子 衡量超导腔性能的关键指标是 物理学研究所需的高能粒子对撞 超导腔的品质因数（Q 值），Q 值 机的关键组成部分，也是同步辐 与超导腔的功耗成反比，超导腔的 射光源、自由电子激光、散裂中 Q 值 越 高， 则 功 耗 越 低， 可 以 显 子源等装置用来进行物质科学、 著降低加速器的造价和运行费用。 生命科学、能源科学、 环境科学、 此次高能所研制的超导腔的平均 Q 甚至芯片制造等方向研究的基础。 值优于美国直线相干光源二期能量 而这类粒子加速器装置中为带电 升级项目（LCLS-II-HE）所使用的 粒子提供能量的关键元件就是超 掺氮超导腔，处于 1.3 GHz 9-cell 导腔。 超导腔的国际领先水平。高能所 1.3GHz 超导腔项目组经过技术攻 众所周知，谐振腔可以利用 关， 在 1.3 GHz 9-cell 腔 的 中 温 腔内周期变化的电场为穿过的带 退火工艺上取得了重大突破和创新 电粒子加速。过去，加速器多采 成果，具有完全自主知识产权。这 用无氧铜制成的常温谐振腔加速 项成果打破了国外在射频超导方面 带电粒子，谐振腔自身的功耗非 的技术垄断，使我国高性能 9-cell 常大（几十到上百千瓦），而采 超导腔技术跨入世界前列。该成果 用纯铌制成的超导谐振腔之后， 为我国高 Q 值 1.3 GHz 9-cell 超 功耗下降到只有几瓦到几十瓦， 导腔的批量制造奠定了坚实基础， 大大提高了“微波功率源——带 也为我国建设国际领先的高重频自 电粒子“的能量转换效率。因此， 由电子激光装置和未来高能正负电 国外的大型加速器装置已广泛使 子对撞机（CEPC）提供了新的工 用超导腔来加速各类带电粒子（电 艺方案。 子、质子、重离子）。 2020 年 12 月 17 日，中科 过去，高性能超导腔的技术 院高能物理研究所组织召开了“ 一度被国外所垄断，以至于中国 1.3 GHz 9-cell 高品质因数（Q 值） 的大科学装置只能购买国外的超 超导腔创新研发及小批量试制”。 导 腔（BEPC II、 上 海 光 源 ）。 鉴定会专家组由来自北京大学、清 近年来，中国科学院高能物理研 华大学、中科院近代物理研究所、 究所等单位在超导腔的研制中投 中科院上海高等研究院、中科院大 入了大量资源，并培养了一只优 连化学物理研究所、中国工程物理 秀的超导腔设计、制造团队。 近 研究院流体物理研究所和中科院高 日，高能所团队在国际上首次成 能物理研究所的 11 位专家组成。 功实现了 1.3 GHz 9-cell 超导腔 鉴 定 专 家 组 一 致 同 意“1.3 GHz 的中温退火工艺和小批量（六 只） 9-cell 高品质因数（Q 值）超导腔 超导腔的试制。该批 9-cell 超导 创新研发及小批量试制”通过成果 腔的性能均超过了上海硬 X 射线 鉴定。未来，项目组将根据专家 自由电子激光装置（SHINE）、 组的建议进一步优化工艺、提高性 美 国 直 线 相 干 光 源 二 期（LCLS能，开展腔的水平测试并尽快投入 II） 及其能量升级项目（LCLS-II使用。 HE） 的超导腔设计指标，其中的 五只超过了环形正负电子对撞机 （CEPC）的设计指标。 视频：超导腔的诞生 2021 年第 1 期（总第 1 期） CEPC 物理研究团队 获中国物理学会最有 影响论文奖 近 日， 环 形 正 负 电 子 对 撞 机（CEPC） 物 理 研 究 团 队 在 《Chinese Physics C》 发 表 的 论文《Precision Higgs Physics at CEPC》(Chinese Physics C, Vol. 43, NO. 4 (2019), 043002) 获得中国物理学会“2020 年度 最有影响论文奖”。 欧洲核子研究中心大型强 子对撞机上的 ATLAS 和 CMS 实 验合作发现了希格斯玻色子，这 标志着高能物理新纪元的开始。 为了进一步精确测量希格斯玻色 子性质并寻找与希格斯玻色子相 关的潜在新物理，由中国科学家 提出并计划在中国建造的环形正 负电子对撞机（CEPC）成为“希 格 斯 粒 子 工 厂” 候 选 者 之 一。 CEPC 研究团队在这篇文章中给出了对 CEPC 上希格斯 玻色子性质测量精度的模拟计算，并讨论了这些重要 测量的含义，为论证 CEPC 作为希格斯工厂的优势性 提供了有力的科学证据。该项工作也受到了国内外同 行的关注和认可，迄今被引用 45 次（Inspire 数据库）。 这项工作也得到了国家科技部重点研发计划、国家自 然科学基金委、科学院等经费项目支持。 中国物理学会及其主办的期刊自 2012 年起特设此 奖励。该项奖由各刊正、副主编综合考虑文章的被引 用频次和广泛性，论文的学术创新性以及在国内外学 术界产生的影响评选而出。 本年度 《Chinese Physics C》 共遴选出 6 篇文章，授予此奖。 “高能环形正负电子对撞机相关物理和关键技术预研究” 2020 年度进展讨论会在高能所召开 2020 年 10 月 20 日， 科 技 部重大专项基金项目——“高能 环形正负电子对撞机（CEPC）相 关物理和关键技术预研究”2020 年度进展讨论会在中科院高能所 召开，本次讨论会是项目例行的 年度进展总结会。 3 CEPC NEWSLETTER 项目组首先汇报了科研项目经 费管理和使用的情况。随后，由“加 速器物理研究”、“加速器关键技术 研究”、“对撞机物理研究”、“探 测器关键技术研究”四个课题负责 人，对课题取得的主要研究进展、考 核目标完成情况、存在的问题、解决 方案和下一步工作计划等方面进行 了详细汇报。与会专家在听取课题负 责人报告的基础上，对照考核目标和进度，进 行了详细讨论并给出具体的指导意见。 CEPC 项目已进入具体实施后期阶段，为 推进项目顺利实施，保障各课题研究任务顺利 完成，特召开本次进展会。来自北京大学、高 能物理研究所、清华大学、上海交通大学、中 国科技大学及华中师范大学等单位的课题负责 人和科研骨干约 20 余人参加会议，部分人员 通过网络远程参加。 2020 高能环形正负电子对撞机 国际研讨会在上海召开 2020 年 10 月 26 至 28 日，2020 年度高能环形正负电子对撞机（CEPC） 国际研讨会在上海举行。受疫情影响， 本次研讨会首次采用现场和线上相结合 的会议模式。会议由上海交通大学和李 政道研究所联合主办，中国科学院高能 物理研究所和粒子物理前沿卓越中心共 同协办。 本次研讨会是 CEPC 项目的 一次重要会议，会议上介绍了 CEPC 加 速器、物理与探测器、机构委员会、产 业促进会的各项重要研究进展、成果 和研发计划，并聆听了来自 FCC、ILC 和 CLIC 等未来国际高能对撞机项目的 专家给出的相关项目的进展报告，还对 未来对撞机的研究重点和计划进行了展 望。未来 CEPC 将进一步加强与国际同 类项目的合作关系，争取吸引更多国际 同行和研究机构加入，高质量地开展高 能粒子物理研究。此次研讨会吸引了世 界各地的科学家参加， 总报告数 187 个， 其中 14 个大会报告，国内和国外参会 者的报告数分别为 91 和 96 个。来自 2021 年第 1 期（总第 1 期） 世界各地 16 个国家（中国、美国、德国、法国、 英国、意大利、瑞士、荷兰、西班牙、以色列、 加拿大、澳大利亚、日本、韩国等）近 400 名研 究人员参加了会议。现场注册参会约 170 位，主 要来自高能所、北京大学、清华大学、中国科技 大学、南京大学、浙江大学、复旦大学、山东大学、 北京航空航天大学、东南大学、南京师范大学、 江苏大学、南开大学、武汉大学、武汉理工大学、 西安交通大学等科研单位的中外科学家和研究生， 以及来自 CEPC 产业促进会（CIPC）的 40 余家 企业和成员单位的 60 余人参加。 第六届环形正负电子对撞机国际顾问委员会年会召开 2020 年 10 月 29 日至 30 日，第六届 环形正负电子对撞机（CEPC）国际顾问委 员会（IAC）年会在中国科学院高能物理研 究所召开，Zoom 云会议同步召开。高能 所所长王贻芳、项目总体组及相关系统负责 人、执委会成员及部分参研人员参加了会 议。 CEPC 国际顾问委员会主席、美国芝 加哥大学教授、费米国家实验室前副所长 Young-Kee Kim 主 持 会 议。 会 上 介 绍 了 CEPC 加速器、高温超导磁铁、CEPC 探测 器的设计和研究以及 CEPC 物理和软件的进 展情况。随后，专家组与 CEPC 项目管理、 加速器和实验三个方向的负责人和科研骨 干分组进行了调研和交流。 此外 , 国际顾问委员会专家还与 CEPC 团队进行了广泛讨论，他们肯定了 CEPC 过 去一年在加速器关键部件和多种超导磁铁技 术研发、硅探测器进展、软件国际化发展以 及 CEPC 工业企业联盟等方面取得的成绩， 并对项目研发过程中的技术议题给出了建设 性的指导。同时，与会专家还对技术设计阶 段的发展规划和方向给出了建议。 来自美国、瑞士、意大利、英国、法国、 日本、澳大利亚等国家和中国台湾地区的 23 位国际知名科学家、技术专家和具有大科学 工程经验的管理专家应邀参加了会议。 第九次高能所 -KEK 超导高频技术合作会议召开 2020 年 12 月 9 日，第九次高能所 -KEK 超导高频技术合作会议（视频）召开。来 自日本高能加速器研究机构（KEK）和高 能所加速器中心的 28 位研究人员参加了 会议。会议由 CEPC 机构委员会副主席、 CEPC 加速器负责人、亚洲直线对撞机指导 委员会主席高杰研究员以及国际直线对撞机 国 际 研 发 团 队（ILC IDT） 加 速 器 负 责 人、 KEK ILC 负责人 Shinichiro Michizono 教授 共同主持。 5 CEPC NEWSLETTER 本次会议旨在就高能所和 KEK 等近 期在环形正负电子对撞机（CEPC）及国 际直线对撞机（ILC）超导高频技术方面 取得的进展做交流沟通并推动有关合作。 会 议 共 安 排 了 11 个 报 告， 其 分 别 就 环 形正负电子对撞机技术设计报告（CEPC TDR）进展、ILC IDT 进展及有关超导高 频系统设计和预研、高品质因数和高梯度超导 铌腔、大晶粒超导铌腔、铌三锡超导腔、光阴 极超导微波电子枪、高功率输入耦合器、超导 腔电抛光系统、超导实验室建设等方面进行了 介绍和深入讨论。双方一致同意继续开展合作， 并定于 2021 年召开第十次高能所 -KEK 超导 高频技术合作会议。 希格斯物理研究及相关新物理寻找——北京科技计划 课题年会暨中科院前沿科学研究结题会在高能所召开 2020 年 12 月 15 日， 北 京 市 科技计划“希格斯玻色子衰变耦合 系数的精确测量研究”课题年度总 结会暨中科院前沿科学研究重点研 究项目“希格斯实验研究和新粒子、 新物理实验寻找”结题会在中科院 高能所召开。 “希格斯玻色子衰变耦合系数 的精确测量研究”课题隶属于北京 市科技计划“物质科学国家实验室 培育”粒子物理项目，委托单位为 北京市科学技术委员会。本课题的 2021 年第 1 期（总第 1 期） 主要研究内容包括在欧洲核子研究中心 的 ATLAS 和 CMS 实验上精确测量希格 斯玻色子和费米子耦合系数，并寻找超 出标准模型新物理，理解物质最深层次 的质量起源等。该课题采用逐年滚动支 持形式，新的滚动支持研究内容从立足 于 LHC 实验研究希格斯玻色子拓展到未 来实验的关键技术预研：研究环形正负 电子对撞机 (CEPC) 加速器、探测器结合 处 (MDI) 噪声对测量结果的影响和解决 方案以及采用唯象和蒙特卡洛 (MC) 研 究方法来优化 CEPC 对于研究希格斯玻 色子实验策略，并结合测量的需要给 出对探测器设计的要求，为未来国际 高能物理实验研究希格斯粒子性质解 决关键技术难题。 中科院前沿科学研究重点研究 “希格斯实验研究和新粒子、新物理 实验寻找”项目，围绕希格斯性质测 量及超出标准模型物理寻找的主要研究 目标，利用 LHC 的 ATLAS 实验获取的 Run-2 数据在 Higgs 粒子性质测量、超 出标准模型的 Higgs 粒子寻找等方向开 展研究，并进行了新粒子、新物理实验 的寻找，其设计适用于未来高能环形正 负电子对撞机实验的高性能通用探测器。 CEPC 强流正电子源用“磁号及固态脉冲电源” 通过工艺测试 2020 年 11 月 13 日，由中科院高能 所加速器中心承担的“强流正电子源用磁 号及固态脉冲电源”通过了专家组工艺测 试。研制成功的磁号在 15kA 电流驱动下 脉冲中心峰值磁感应强度达到 6.2T，固态 脉冲电源稳定输出 15.05kA，最高充电电 压 15.1kV，脉冲宽度 5μs，上述指标均达 到国际同类装置的先进水平和本项目任务 书的验收指标。 环形正负电子对撞机（CEPC）直线 加速器正电子单束团电荷量的设计值为 3nC，磁号中心产生的强脉冲磁场可以将 高能电子束打靶产生的小横向尺寸、大发 散角的正电子转换到大横向尺寸、小发散 角的分布，大大提升后续的俘获效率，是获 得大电荷量强流正电子的核心部件之一。高 能所从北京正负电子对撞机时期开始，一直 致力于正电子源课题的研究，并持续进行优 化设计，不断提高其性能。磁号及固态脉冲 电源的成功研制，为 CEPC 的预研制提供了 关键的技术储备。 本次专家测试组由中国科学院上海高等 研究院、中国科学技术大学、高能物理研究 所的 7 位专家组成。该项目是国家重点研发 计划“高能环形正负电子对撞机相关的物理 和关键技术预研究”项目中课题二加速器关 键技术研究的任务之一，由高能物理研究所 加速器中心直线组负责设计和研制。 7 CONTENTS ■ 1.3 GHz 9-cell high Q superconducting radio frequency cavity research in IHEP has made a major breakthrough ■ The CEPC physics research team was awarded the Most Influential Paper Award by the Chinese Physical Society ■ The workshop "CEPC pilot studies on physics and key technologies" was held at IHEP ■ The 2020 International Workshop on the High Energy Circular Electron Positron Collider was held in Shanghai ■ The 6th Circular Electron Positron Collider International Advisory Committee Meeting was held online ■ The 9th IHEP-KEK Superconducting Radio Frequency Technology Cooperation Meeting was held online ■ Higgs physics and related new physics searches project annual meeting was held at IHEP ■ Pulsed flux concentrator for the CEPC positron source passed process test 环形正负电子对撞机简报（季刊） 主办：环形正负电子对撞机研究组 地址：北京市石景山区玉泉路 19 号（乙） 邮编： 100049 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