环形正负电子对撞机产业联盟成立 已取得多项成果_风闻

备受瞩目的环形正负电子对撞机（CEPC）迎来最新动态。在近日线上举行的“基础科学促进可持续发展国际沙龙”科普活动上，中国科学院院士、中国科学院高能物理研究所所长王贻芳透露，CEPC产业联盟已经成立，有70多家高新区技术企业参加，共同开展技术研发，牵引相关高技术发展。

环形正负电子对撞机CEPC是中国高能物理学界于2012年在国际上率先提议建造的下一代大型正负电子对撞机大科学装置，用于替换即将到达预期寿命的北京正负电子对撞机，CEPC一期项目预估投入400亿元。该项目在论证期间受到了杨振宁的反对，但是项目一直在推进中。

经过CEPC项目各项关键技术的积极预研，中国高能物理学界于2018年正式发布了CEPC的概念设计报告。

CEPC项目建设分为地下、地表两部分。地下项目主体为一个长度50～100km、埋深约为100m、直径约为6.5m的环形隧道及附属隧道，同时，隧道沿线将建造4个实验大厅及若干伺服大厅。地上项目的建设包括一个面积约为5000亩的国际科学城，以及若干个百亩量级的实验分部。地下实验大厅与地表部分将通过若干直径约为15m的竖井相连，以安装对撞机和探测器。同时，隧道沿线也将建造若干垂直竖井，以安装相应伺服设备。初步拟选址区位于深汕特别合作区中部和汕尾市、惠东县东部，以低山区为主，地势总体北部高、南部低，南邻红海湾，地貌高差相对较大，一般20～800m，最高峰莲花山达1336m，南部高程10m以下，地势总体北西向东南倾斜。该区属亚热带海洋性气候，年平均温度为22.8℃，平均全年雨量2214.3mm，雨量最多月份是8月，雨量最少月份是1月。

CEPC-SPPC有两个工作阶段，第一阶段用做环形正负电子对撞机（CEPC），第二阶段则是将其升级为超级质子对撞机（SPPC）。正负电子对撞机有本底低且初态精确可调的特点，而CEPC的质心能量可以轻松达到Higgs粒子的产生阈值（~240 GeV）进而产生大量的干净Higgs粒子（Higgs工厂），利用CEPC，人们可以对Higgs粒子以及其他的标准模型粒子（比如Z粒子）进行精确测量，从而搜索出新物理的蛛丝马迹乃至预言新物理能标。另一方面，超级质子对撞机能够达到的质心能量比目前实验上的最高水平大接近一个量级，可以对高达50或更高的 TeV的能区进行直接搜索。

目前，中国计量大学在CEPC闪烁玻璃研究取得重要进展，闪烁玻璃是CEPC量能器的重要预备方案之一。闪烁玻璃合作组（Large Area Glass Scintillator Collaboration），是为满足新一代超高能量粒子物理实验CEPC对新型闪烁玻璃的需求，由中国科学院高能物理研究所牵头，国内高校、研究所和企业联合成立的产学研合作组，经过合作组的不懈努力，闪烁玻璃各项研发指标已经取得了突破进展。中国计量大学秦来顺和陈达教授科研团队联合闪烁玻璃合作组，获得了发光量子产率高达35%的Sn2+玻璃，超过目前文献报道，并进一步获得了光产额达1206 ph/MeV的铈离子掺杂钆铝硅酸盐闪烁玻璃。

2022年10月19日-11月2日，中外科学家运行环形正负电子对撞机（CEPC）高颗粒度电磁量能器和强子量能器样机，在欧洲核子研究中心（CERN）超级质子同步加速器（SPS）的 H8束流线上进行了为期两周的高能粒子束流测试实验。

CEPC量能器样机设计基于塑料闪烁体和硅光电倍增管读出，具有超高的颗粒度，能够对高能粒子的簇射进行四维成像（X,Y,Z,E），同时兼顾时间测量等功能。CEPC电磁量能器样机（ScW-ECAL）灵敏层尺寸为21×21cm2, 共32层灵敏层组成，共计6720个电子学读出通道，灵敏单元有效颗粒度为5×5mm2。宇宙线测试结果表明量能器各层的位置分辨率好于2mm。CEPC电磁量能器样机是国际上首台基于塑料闪烁体和硅光电倍增管方案的技术样机。

强子量能器样机的灵敏单元颗粒度为4×4cm2塑料闪烁体，由硅光电倍增管进行读出，样机共有40层灵敏层（尺寸为72×72cm2），共计12960个电子学读出通道。样机采用了两种硅光电倍增管，包括日本滨松(S14160-1315P) 和北京师范大学研制的国产器件(NDL-22-1313-15S)。样机研制过程中团队采用注塑成型技术、设计和制作了塑料闪烁体反射膜自动包装机、塑料闪烁体批量测试平台和硅光电倍增管批量测试平台等[4]。“SiPM-on-Tile”的HBU设计显著提升了组件自动包装集成，可扩展性强。

电磁量能器和强子量能器样机在CERN束流现场安装过程

利用CERN SPS H8束流线提供的10～120 GeV的电子和强子，160 GeV的缪子，本次束流测试针对CEPC电磁量能器和强子量能器两个样机的能量线性、能量分辨等关键指标进行了系统性测试。参与CERN束流测试的人员和探测器见图三所示。

束流实验期间共获取超过2500万高能粒子事例，其中典型的电子、缪子和强子在量能器中簇射事例显示参见图四所示。这些高能粒子事例将为后续详细开展粒子流量能器样机性能的研究提供了重要实验数据。

通过样机研制，团队掌握了基于粒子流算法的高颗粒度量能器关键技术，包括闪烁体灵敏单元的批量制作和测试技术、灵敏层模块化组装技术、嵌入式前端读出电子学集成、大规模SiPM监测和刻度、散热模拟和监测技术、以及量能器系统集成等技术。高能物理研究所研究员，CEPC项目主任娄辛丑指出该样机是国内首次研制的粒子流量能器，达到国际先进水平。本次束流实验成功为未来CEPC实验准备了技术基础，为将来大规模批量研制积累了宝贵的经验并奠定了坚实的基础。

束流测试人员和探测器，来自中国科学院高能物理研究所、中国科学技术大学、上海交通大学、日本东京大学、日本信州大学及以色列威茨曼科学研究所共23位师生参加了本次束流测试。

左起——中国科学技术大学沈仲弢副教授，高能物理研究所刘勇青年研究员，上海交通大学杨海军教授，高能物理研究所Joao da Costa研究员，中国科学技术大学张云龙特任教授。

上海交通大学物理与天文学院和李政道研究所的杨海军教授担任CEPC项目副主任（Deputy Project Director），科技部国家重点研发计划“环形正负电子对撞机关键技术预研究”项目“探测器关键技术预研”课题负责人，主持国家自然科学基金委国际合作与交流（NSFC-ISF）“面向未来粒子物理实验并基于粒子流算法的量能器预研”项目，并全程参与CEPC量能器样机在CERN的束流实验。李政道研究所李政道学者李数、博士后段艳云（已出站）和Francois Lagarde是项目的骨干成员，研究生王震和宋思远等深度参与了强子量能器样机研制和CERN束流实验。上海交通大学团队主要负责强子量能器样机塑料闪烁体和硅光电倍增管的性能测试、样机散热模拟和事例图形展示等，参与样机组装和联调，束流实验和现场数据分析等。