伽马光子对撞机，中国要不要抢先建？

2018-08-31 08:26

在粒子物理前沿研究的驱动下，人类建造了各种类型的对撞机。8月30日至31日召开的香山科学会议上，科学家呼吁在中国建设一种全新的对撞机——世界首台伽马光子对撞机。

伽马光子对撞机可以利用传统加速器与高能高频率激光发生逆康普顿散射，进而使高亮度的伽马光束相互碰撞。

“这种对撞机的概念30多年前就被提出，但目前国际上还没有建成的伽马光子对撞机。”来自美国国家费米实验室的周为仁教授解释说，其背后有两个原因。

一方面，激光技术发展水平不成熟，这种技术直到近几年才得以满足伽马光子对撞机的要求。另一方面，伽马光子对撞机的概念提出后，科学家首先想到建设高能伽马光子对撞机，而这种对撞机的建设基础是能区在80—120GeV（10亿电子伏特）的高能电子加速器，后者哪怕在今天的技术条件下，预计依然需要20年才能实现。

如今，由中国粒子物理科学家组成的“伽马光子对撞机研究小组”，共同提出了MeV（百万电子伏特）量级的低能伽马光子对撞机建设方案。他们认为，这种对撞机在现有激光技术和粒子加速器的基础上就能实现。

“上世纪80年代以来，激光功率密度飞速提升，从1016瓦每平方厘米发展到1022—1023瓦每平方厘米。”中国科学院高能物理所研究员黄永盛介绍，低能伽马光子对撞机对激光技术要求相对较低，现有激光技术已可以满足其门槛。

与高能伽马光子对撞机相比，低能伽马光子对撞机也具有独特的物理学意义。例如，量子场论在100年前就已提出，但至今仍未得到直接实验验证。而MeV量级的伽马光子对撞机可以为验证量子场论提供独特的平台。此外，伽马光子对撞机建成后可进行全新的实验，并有可能产生全新的科学发现。

黄永盛认为，低能伽马光子对撞机的建设可以带动国内相关技术和人才的发展，为未来建设更高量级的伽马光子对撞机打下基础。

两年前，要不要在中国建造大型粒子对撞机的议题曾在科学界引起巨大争论。与前者相比，伽马光子对撞机的规模要小得多。根据伽马光子对撞机研究小组的设计方案，建设世界首台低能伽马光子对撞机，占地仅500平方米，建造成本预计1亿到2亿元，3到5年便能建设完成。

“以前其他类型的粒子对撞机都由其他国家率先建成，现在中国具备建成世界首台伽马光子对撞机的条件，应尽快抓住有利时机，否则又会被其他国家抢先一步。”黄永盛说。

不过，与会专家指出，虽然中国建设世界首台伽马光子对撞机的技术条件基本成熟，但其中存在的挑战不容忽视。

难题之一是，上述设计方案需要双束激光和双束电子同时到达两个精确位置并发生相撞，这需要皮秒量级的同步技术。尽管目前国内最好的同步技术已高于皮秒量级，但仅应用于单束激光和单束电子相撞，应用于双束激光和双束电子相撞还需大量技术验证。

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