日本對撞機升級明年完工

在日本的SuperKEKB加速器內，左邊的電子圓環和右邊的正電子圓環共同占據了一個周長為3公里的隧道空間。圖片來源：KEK

5年來，粒子物理學家即將首次迎來兩臺大型對撞機同時運行的時刻。位于日本筑波的高能加速器研究機構（KEK）官員日前宣布，研究人員在一臺名為SuperKEKB的對撞機中成功實現束流循環。如果一切按計劃進行，利用SuperKEKB的研究人員明年將開始讓電子撞向正電子，并且和在全球最大原子加速器——瑞士大型強子對撞機（LHC）上開展研究的同行一起，尋找新的物理學現象。

“這是自2008年LHC啟動以來的第一臺新加速器。”美國夏威夷大學物理學家Thomas Browder介紹說。他還是利用貝爾二粒子探測器開展研究的600位物理學家的發言人，而該探測器將由SuperKEKB提供粒子源。自從美國在2011年關閉位于費米國家加速器實驗室的萬億電子伏特對撞機，LHC便成為粒子物理學家擁有的唯一對撞機。

LHC和SuperKEKB均希望發現并不符合已通過良好測試的粒子物理學標準模型的物理現象。不過，SuperKEKB將追尋一種不同于LHC的策略。LHC旨在利用所能達到的最高能量撞擊質子，從而迸濺出較重的新基本粒子。這種策略在2012年大獲成功。

值得一提的是，SuperKEKB的能量將被調整，以產生名為B介子的大量粒子。由于量子力學的怪誕性，B介子的性質取決于在其內部時不時“虛擬”存在的其他粒子。因此，如果在標準模型之外存在新的粒子，那么它們在B介子內幽靈般的存在可能使此類介子的性質偏離標準模型的預測，即便這些新粒子因太重而無法在LHC內直接產生。

實際上，SuperKEKB是對1999～2000年運行的既有KEKB工廠的升級，耗資2.75億美元。在一個圓環中運行的電子將被加速到7千兆電子伏（GeV）的能量級。而和電子對應的反物質——正電子將以4 GeV的能量級在另一個圓環中穿行。為讓碰撞率遠超KEKB的最好記錄，物理學家作了微調。電子和正電子將在仍處于建設中的貝爾二粒子探測器內相互碰撞。