在粒子物理前沿研究的驅(qū)動(dòng)下，人類建造了各種類型的對(duì)撞機(jī)。8月30日至31日召開(kāi)的香山科學(xué)會(huì)議上，科學(xué)家呼吁在中國(guó)建設(shè)一種全新的對(duì)撞機(jī)——世界首臺(tái)伽馬光子對(duì)撞機(jī)。

伽馬光子對(duì)撞機(jī)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(jìn)而使高亮度的伽馬光束相互碰撞。

“這種對(duì)撞機(jī)的概念30多年前就被提出，但目前國(guó)際上還沒(méi)有建成的伽馬光子對(duì)撞機(jī)。”來(lái)自美國(guó)國(guó)家費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的周為仁教授解釋說(shuō)，其背后有兩個(gè)原因。

一方面，激光技術(shù)發(fā)展水平不成熟，這種技術(shù)直到近幾年才得以滿足伽馬光子對(duì)撞機(jī)的要求。另一方面，伽馬光子對(duì)撞機(jī)的概念提出后，科學(xué)家首先想到建設(shè)高能伽馬光子對(duì)撞機(jī)，而這種對(duì)撞機(jī)的建設(shè)基礎(chǔ)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(shù)條件下，預(yù)計(jì)依然需要20年才能實(shí)現(xiàn)。

如今，由中國(guó)粒子物理科學(xué)家組成的“伽馬光子對(duì)撞機(jī)研究小組”，共同提出了MeV(百萬(wàn)電子伏特)量級(jí)的低能伽馬光子對(duì)撞機(jī)建設(shè)方案。他們認(rèn)為，這種對(duì)撞機(jī)在現(xiàn)有激光技術(shù)和粒子加速器的基礎(chǔ)上就能實(shí)現(xiàn)。

“上世紀(jì)80年代以來(lái)，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(guó)科學(xué)院高能物理所研究員黃永盛介紹，低能伽馬光子對(duì)撞機(jī)對(duì)激光技術(shù)要求相對(duì)較低，現(xiàn)有激光技術(shù)已可以滿足其門檻。

與高能伽馬光子對(duì)撞機(jī)相比，低能伽馬光子對(duì)撞機(jī)也具有獨(dú)特的物理學(xué)意義。例如，量子場(chǎng)論在100年前就已提出，但至今仍未得到直接實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。而MeV量級(jí)的伽馬光子對(duì)撞機(jī)可以為驗(yàn)證量子場(chǎng)論提供獨(dú)特的平臺(tái)。此外，伽馬光子對(duì)撞機(jī)建成后可進(jìn)行全新的實(shí)驗(yàn)，并有可能產(chǎn)生全新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

黃永盛認(rèn)為，低能伽馬光子對(duì)撞機(jī)的建設(shè)可以帶動(dòng)國(guó)內(nèi)相關(guān)技術(shù)和人才的發(fā)展，為未來(lái)建設(shè)更高量級(jí)的伽馬光子對(duì)撞機(jī)打下基礎(chǔ)。

兩年前，要不要在中國(guó)建造大型粒子對(duì)撞機(jī)的議題曾在科學(xué)界引起巨大爭(zhēng)論。與前者相比，伽馬光子對(duì)撞機(jī)的規(guī)模要小得多。根據(jù)伽馬光子對(duì)撞機(jī)研究小組的設(shè)計(jì)方案，建設(shè)世界首臺(tái)低能伽馬光子對(duì)撞機(jī)，占地僅500平方米，建造成本預(yù)計(jì)1億到2億元，3到5年便能建設(shè)完成。

“以前其他類型的粒子對(duì)撞機(jī)都由其他國(guó)家率先建成，現(xiàn)在中國(guó)具備建成世界首臺(tái)伽馬光子對(duì)撞機(jī)的條件，應(yīng)盡快抓住有利時(shí)機(jī)，否則又會(huì)被其他國(guó)家搶先一步。”黃永盛說(shuō)。

不過(guò)，與會(huì)專家指出，雖然中國(guó)建設(shè)世界首臺(tái)伽馬光子對(duì)撞機(jī)的技術(shù)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(shè)計(jì)方案需要雙束激光和雙束電子同時(shí)到達(dá)兩個(gè)精確位置并發(fā)生相撞，這需要皮秒量級(jí)的同步技術(shù)。盡管目前國(guó)內(nèi)最好的同步技術(shù)已高于皮秒量級(jí)，但僅應(yīng)用于單束激光和單束電子相撞，應(yīng)用于雙束激光和雙束電子相撞還需大量技術(shù)驗(yàn)證。