伽馬光子對撞機 中國要不要搶先建

在粒子物理前沿研究的驅(qū)動下，人類建造了各種類型的對撞機。8月30日至31日召開的香山科學會議上，科學家呼吁在中國建設一種全新的對撞機——世界首臺伽馬光子對撞機。

伽馬光子對撞機可以利用傳統(tǒng)加速器與高能高頻率激光發(fā)生逆康普頓散射，進而使高亮度的伽馬光束相互碰撞。

“這種對撞機的概念30多年前就被提出，但目前國際上還沒有建成的伽馬光子對撞機。”來自美國國家費米實驗室的周為仁教授解釋說，其背后有兩個原因。

一方面，激光技術發(fā)展水平不成熟，這種技術直到近幾年才得以滿足伽馬光子對撞機的要求。另一方面，伽馬光子對撞機的概念提出后，科學家首先想到建設高能伽馬光子對撞機，而這種對撞機的建設基礎是能區(qū)在80—120GeV（10億電子伏特）的高能電子加速器，后者哪怕在今天的技術條件下，預計依然需要20年才能實現(xiàn)。

如今，由中國粒子物理科學家組成的“伽馬光子對撞機研究小組”，共同提出了MeV（百萬電子伏特）量級的低能伽馬光子對撞機建設方案。他們認為，這種對撞機在現(xiàn)有激光技術和粒子加速器的基礎上就能實現(xiàn)。

“上世紀80年代以來，激光功率密度飛速提升，從1016瓦每平方厘米發(fā)展到1022—1023瓦每平方厘米。”中國科學院高能物理所研究員黃永盛介紹，低能伽馬光子對撞機對激光技術要求相對較低，現(xiàn)有激光技術已可以滿足其門檻。

與高能伽馬光子對撞機相比，低能伽馬光子對撞機也具有獨特的物理學意義。例如，量子場論在100年前就已提出，但至今仍未得到直接實驗驗證。而MeV量級的伽馬光子對撞機可以為驗證量子場論提供獨特的平臺。此外，伽馬光子對撞機建成后可進行全新的實驗，并有可能產(chǎn)生全新的科學發(fā)現(xiàn)。

黃永盛認為，低能伽馬光子對撞機的建設可以帶動國內(nèi)相關技術和人才的發(fā)展，為未來建設更高量級的伽馬光子對撞機打下基礎。

兩年前，要不要在中國建造大型粒子對撞機的議題曾在科學界引起巨大爭論。與前者相比，伽馬光子對撞機的規(guī)模要小得多。根據(jù)伽馬光子對撞機研究小組的設計方案，建設世界首臺低能伽馬光子對撞機，占地僅500平方米，建造成本預計1億到2億元，3到5年便能建設完成。

“以前其他類型的粒子對撞機都由其他國家率先建成，現(xiàn)在中國具備建成世界首臺伽馬光子對撞機的條件，應盡快抓住有利時機，否則又會被其他國家搶先一步。”黃永盛說。

不過，與會專家指出，雖然中國建設世界首臺伽馬光子對撞機的技術條件基本成熟，但其中存在的挑戰(zhàn)不容忽視。

難題之一是，上述設計方案需要雙束激光和雙束電子同時到達兩個精確位置并發(fā)生相撞，這需要皮秒量級的同步技術。盡管目前國內(nèi)最好的同步技術已高于皮秒量級，但僅應用于單束激光和單束電子相撞，應用于雙束激光和雙束電子相撞還需大量技術驗證。（記者 劉園園）