在粒子物理前沿研究的驅動下, 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, 科學家呼籲在中國建設一種全新的對撞機——世界首台伽馬光子對撞機.
伽馬光子對撞機可以利用傳統加速器與高能高頻率雷射發生逆康普頓散射, 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, 其背後有兩個原因.
一方面, 雷射技術發展水平不成熟, 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後, 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在80—120GeV (10億電子伏特) 的高能電子加速器, 後者哪怕在今天的技術條件下, 預計依然需要20年才能實現.
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, 這種對撞機在現有雷射技術和粒子加速器的基礎上就能實現.
'上世紀80年代以來, 雷射功率密度飛速提升, 從1016瓦每平方厘米發展到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雷射技術要求相對較低, 現有雷射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台. 此外, 伽馬光子對撞機建成後可進行全新的實驗, 並有可能產生全新的科學發現.
黃永盛認為, 低能伽馬光子對撞機的建設可以帶動國內相關技術和人才的發展, 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模要小得多. 根據伽馬光子對撞機研究小組的設計方案, 建設世界首台低能伽馬光子對撞機, 佔地僅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, 現在中國具備建成世界首台伽馬光子對撞機的條件, 應儘快抓住有利時機, 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台伽馬光子對撞機的技術條件基本成熟, 但其中存在的挑戰不容忽視.
難題之一是, 上述設計方案需要雙束雷射和雙束電子同時到達兩個精確位置並發生相撞, 這需要皮秒量級的同步技術. 儘管目前國內最好的同步技術已高於皮秒量級, 但僅應用於單束雷射和單束電子相撞, 應用於雙束雷射和雙束電子相撞還需大量技術驗證.
