近日,以G. I. Budker命名的俄罗斯科学院西伯利亚原子能研究所(INP SB RAS)正积极推进新型对撞机项目——VEPP-6的开发工作。
叶夫根尼·列维切夫 (Evgeny Levichev) 和伊万·洛加申科 (Ivan Logashenko) 站在 VEPP-4M 对撞机的 KEDR 探测器前。照片 - A. Skovorodina。
该对撞机的物理学项目聚焦于强相互作用物理学,致力于对介子、重子及其他更奇特的强子展开研究。凭借特殊的粒子束碰撞方法,VEPP-6有望成为相对低成本却高效能的装置。目前,项目实施的第一阶段——即该方法的实验测试,将在研究所现有资金框架内开展。
对撞机作为一种环形加速器,能使带电粒子束在其中发生碰撞。在INP SB RAS的装置中,电子与正电子碰撞后湮灭,进而产生具有不寻常特性的新粒子,此过程为物理学家研究微观世界结构提供了重要信息。
在新西伯利亚核物理研究所,五台正在运行的对撞机中有两台——电子 - 正电子对撞机VEPP-2000和VEPP-4M。它们在不同能量范围内工作且相互补充。VEPP-4M的物理计划即将完成,其位置将用于建造新型对撞机VEPP-6(对撞电子 - 正电子束,“六”为该研究所加速器的内部编号)。
VEPP-6周长366米,相当于一个足球场的长度,每束光能量范围在0.5 GeV至2.1 GeV,该能量范围内隐藏着诸多尚未探索的现象。
俄罗斯科学院西伯利亚物理研究所副所长、新国立大学系主任、俄罗斯科学院教授伊万·洛加申科(Ivan Logashenko)评论道:“得益于新对撞机的最佳参数,我们有望在理解强相互作用的物理原理方面取得重大进展。VEPP-6将使我们能够深入研究轻夸克的性质,包括它们相互作用形成的复杂结构。此外,我们期望至少能间接观察到新物理学的证据,即超越标准模型的现象。”
VEPP-6的主要竞争优势在于其高亮度,即单位时间内事件的数量,这使其能够收集足够的统计数据。2006年,意大利物理学家潘塔莱奥·雷蒙迪提出一种电子 - 正电子碰撞新技术,电子束以足够大的角度而非迎面相遇,在碰撞点被强烈压缩,从而增加粒子密度和亮度,此方法被称为“蟹腰”,理论上可将亮度提高10到100倍。然而,实施该方法会使安装创建变得复杂,因此项目第一阶段确定为对该方法的实验验证。
在新的对撞机中,被称为“最终焦点”的汇合点左右两侧最初几米是关键难点。此处安置着强大的超导磁体,将光束压缩到微米级,以确保高亮度。研究所计划设计和制造真正的VEPP-6最终焦点,并安装在现有的VEPP-4M对撞机上,测试其运行的所有技术和物理方面。若成功,便可用新设备替换剩余的VEPP-4M设备,从而得到VEPP-6。由于整个最终焦点位于探测器内部,强大的超导聚焦磁体必须非常紧凑,研究所决定采用有前景的新技术——调制绕组螺线管来制造它们。俄罗斯科学院西伯利亚原子能研究所副所长、俄罗斯科学院通讯院士、SKIF集体使用中心负责人叶夫根尼·列维切夫评论道:“我们已经制造并测试了一个原型(这是俄罗斯首次),它展示了设计参数。”
叶夫根尼·列维切夫还指出,新对撞机项目在技术复杂性方面不逊色于集体使用中心“西伯利亚环光子源”(CCU“SKIF”),但成本将大幅降低。他强调:“由于VEPP-4M科学计划即将完成,其运行隧道将腾出,我们计划在其原址建造VEPP-6。利用现有的基础设施,如隧道、供水、冷却系统、电网等,将大幅降低项目成本。”