2018年9月2日，高能環形正負電子對撞機（CEPC）加速器概念設計報告（Conceptual Design Report, CDR）正式發佈。負責這項報告的中國科學院高能物理研究所研究員高傑表示，這是CEPC項目重要的歷史性和標誌性進展。眾所周知，2016年，知名物理學家、諾貝爾物理學獎獲得者楊振寧與中國科學院高能物理研究所所長王貽芳，曾就中國是否應該建設大型粒子對撞機而在媒體展開爭論，並引起廣泛關注。現在大型粒子對撞機的基礎研究進展如何？《科技導報》（以下簡稱《科》）就此採訪了高傑（以下簡稱高）。
高傑：中國科學院高能物理研究所研究員，CEPC-SppC機構委員會副主席，CEPC-SppC加速器負責人，國際直線對撞機(ILC)理事會理事，亞洲直線對撞機指導委員會主席。（胡辰旭/攝）
《科》：CEPC加速器概念設計報告正式發佈了，作為該報告的負責人，請介紹一下加速器在對撞機中的地位。在整個設計過程中，你和同事們經歷了什麼樣的方案選擇過程？
高：加速器是對撞機的核心繫統，加速器系統加探測器系統構成完整的對撞機。2012年科學家發現了希格斯粒子，也就是所謂“上帝粒子”，它是宇宙標準模型粒子列表中曾經缺失的最後一個粒子。雖然都是基本粒子，但希格斯粒子的獨特之處是，它除了可以給予其他標準模型中的基本粒子以質量，它還可能同宇宙目前未知的與質量有關的部分進行相互作用。所以我們要用希格斯粒子進一步探索未知的物質世界和宇宙，除了標準模型中所描述的物質世界，還將探索標準模型之外的物質世界，例如暗物質。
在CEPC加速器的概念設計過程中，我們一直堅持一條清晰的設計思路和設計路線，即通過認真、紮實和創新性的研究，一步步逐漸走向確立和完成基準設計方案。為什麼和如何選擇了最終發佈的這個基準方案？我們的目標是找到性價比最高的方案，因此，設計團隊首先從單環對撞機開始摸起，對在設計過程中所遇到的物理與技術問題逐一進行細緻的研究，當發現設計目標與所研究方案之間出現問題時，便及時提出新的設計思路和創新型設計方案，再進行研究、論證並找到各個方案所對應的制約因素和亮度極限。因此，在CEPC加速器概念設計報告階段中歷經了“單環麻花軌道方案”“帶Crab-Waist對撞的局部雙環、先進局部雙環和全局部雙環方案”。經過比對不同方案的亮度極限與設計目標，最終於2017年1月14日確定以“帶Crab-Waist對撞的全局部雙環方案”設計為基準設計，“帶Crab-Waist對撞的先進局部雙環”方案為備選方案。上述的研究過程和方案確定過程被記錄在2017年4月發佈的CEPC進展報告中。2017年11月4—5日對CEPC加速器概念設計報告進行了預國際評估，並在2018年6月28—30日進行了CEPC加速器概念設計報告進行了正式的國際評估。
《科》：CEPC加速器的概念設計報告國際評估情況如何？
高：CEPC加速器概念設計報告國際評估委員會由15名專家組成，主席是來自歐洲核子中心的Katsunobu Oide教授，他也是歐洲核子中心未來100千米周長的正負電子對撞機加速器設計負責人，其他來自世界各大實驗室的評委也都是國際加速器領域的知名專家。
我們的報告得到了國際評估專家的一致認可，評估委員會對CEPC設計工作中取得的令人矚目的進展進行了肯定，並對概念設計報告的完成表示祝賀，認為“CEPC加速器概念設計報告已經達到成熟水平並可被批准進入技術設計報告階段”。
《科》：CEPC加速器概念設計報告正式發佈，對於CEPC的研究和建設來說意味著什麼？
高：CEPC在概念設計報告完成前處於設計研究階段，我們分別在2016年和2018年獲得科技部支持的2期預研經費，每期均為3000多萬元人民幣。在科技部以及其他來源例如國家自然科學基金、中國科學院、北京市科學技術委員會和王貽芳院士科學家工作室等的經費支持下，CEPC預研和國際合作研究進展順利。在CEPC概念設計期間，CEPC關鍵技術研究、CEPC土建設計及選址工作、國際合作、人才培養與隊伍建立等方面均進展順利。為了推進CEPC關鍵技術預研、產業化準備及促進CEPC預研中所產生的高新技術向相關企業進行技術轉移，2017年11月7日成立了CEPC產業促進會（CEPC Industrial Promotion Consortium, CIPC）。CEPC加速器概念設計報告的正式發佈是一項重要的歷史性和標誌性進展，這意味著我們可以進入下一個CEPC加速器技術設計階段，也就是到2022年完成CEPC的技術設計報告（Technical Design Report, TDR）。屆時CEPC加速器的優化設計、關鍵技術預研和產業化準備工作就完成了；如果CEPC能在完成TDR後獲准建設，CEPC就可以開始施工開建，並於2030年左右建成。
《科》：現在CEPC正在爭取的建設路徑是什麼樣的？
高：2015年10月中國共產黨十八屆五中全會公報中提出，我國將“積極牽頭組織國際大科學計劃和大科學工程”。2018年1月，習近平主席主持召開的中央全面深化改革領導小組第二次會議上審議通過了《積極牽頭組織國際大科學計劃和大科學工程方案》；2018年3月，國務院正式對外頒佈了這一方案。國家提出的積極牽頭組織國際大科學計劃和大科學工程方案，這為像CEPC這樣關於物質科學的大科學工程的培育、評估、審批和建設鋪平了政策道路。按照方案部署，國家到2020年將培育3～5個大科學計劃和大科學工程，待培育成熟之後再從中選擇1～2個項目實施建設。目前，CEPC的首要目標是爭取先進入培育階段，並希望通過我們堅實的研究工作，最後能夠進入實施階段。
《科》：能介紹一下對撞機選址的相關情況嗎？
高：現在到2030年是一個非常重要的戰略機遇窗口期。為了保證工作順利按照規劃的節奏完成，每一步工作都設置了明確的時間節點，CEPC概念設計與選址工作一直在同步進行。
具體到選址考慮的因素，首要的就是地質條件。建設大型對撞機要有好的地質基礎，比如要有穩定的岩石，要能承受一定級數地震的烈度、震動頻率和幅度，地下水的情況也得滿足要求，要有充足的水、電力等資源；在滿足地質條件的前提下，還需要有一個很好的社情環境，有利於建設一個10萬人居住的高水平國際化科學城。我們目前已經考察了河北秦皇島、陝西黃陵縣、深汕特別合作區、浙江湖州、河北雄安地區，吉林長春等，並在地方政府的大力支持下在一些選址地進行了較為深入的地質勘探，這些選址地的地質條件完全滿足工程建設要求。
《科》：2018年年底日本將決定是否建設國際直線對撞機（ILC），你作為國際直線對撞機亞洲指導委員會的主席和國際直線對撞機理事會理事，能否介紹一下ILC的背景情況及ILC與CEPC的關係？
高 ：2007年8月國際未來加速器委員會（ICFA）決定直線對撞機將採用超導加速器技術，同時未來直線對撞機為全球國際合作項目，因此超導型取名國際直線對撞機（International Linear Collider, ILC）。2005年成立ILC全球設計團隊，負責人為Barry Barish教授（Barry Barish教授2013年獲得發現引力波物理諾貝爾獎）。2013年6月ILC GDE完成技術設計報告（TDR）。目前直線對撞機國際合作組（Linear Collider Collabration, LCC）由來自歐洲核子中心的Lyn Evans教授負責 (Lyn Evans為LHC加速器負責人，於2012年7月在LHC上發現希格斯玻色子）。2017年日本高能物理協會建議ILC從希格斯粒子能區開始建設，稱為ILC 250GeV希格斯粒子工廠。2019年歐洲要制定高能物理未來5年發展戰略，因此，日本政府需要給出明確表態。歐洲戰略也將視日本政府的表態，決定是否繼續將ILC納入未來5年高能物理發展戰略之中。
我個人感覺，日本同意建造ILC 250GeV的可能性很大。ILC將是是世界最大的超導直線加速器，ILC 250GeV總長度20千米，核心技術是工作在2K下的1.3GHz超導加速器技術，ILC質心能量有提升到1TeV的潛力，這個是ILC的主要優勢。由於ILC只有一個對撞點，和只有一個可以進行試驗的探測器，同時由於在Z和W能區亮度低，不具競爭力，這些構成ILC的劣勢。CEPC是環形對撞機，可同時具有多個（CDR設計中採用兩個）對撞點和探測器，除了在希格斯粒子能量處的亮度高，在Z和W低能區也具有更高的亮度，同時，在CEPC實驗結束後，儘管正負電子的對撞能量原則上不會超過350GeV（CEPC相對ILC的劣勢），但可以在同一隧道里建造一臺超級質子對撞機（Super Proton Proton Collider, SppC），並有在其後進行電子質子對撞等的可能性。因此，粒子種類和物理研究的豐富性和發展潛力巨大，這些構成CEPC的獨特優勢及與ILC互補相互關係。
總之，2018年無論對於CEPC、ILC還是國際高能物理發展史來說，都是一個具有重要歷史意義的里程碑之年。（採訪整理：李娜 史永超）
注：本文將在近期《科技導報》發表，敬請關注。
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