北京大学物理学院高能物理实验组李强研究员团队提出新对撞机概念——不对称能量的新型轻子对撞机。该研究近期发表于《Advances in High Energy Physics》。粒子物理权威媒体《欧洲核子研究中心快报》（CERN Courier） 在2021年3—4月刊上也以新闻摘要（News Digest）形式对该研究进行了报道。

图1：不同对撞能量的电子—缪子对撞机上各种物理过程的截面。这些物理过程基本都是矢量玻色子熔合或散射过程。

在2012年大型强子对撞机（Large Hadron Collider, LHC）发现Higgs粒子之后，粒子物理进入新的关键时期。高能物理学界就下一代对撞机的目标和策略开展了激烈的学术讨论，已有的计划包括：碰撞能量约250GeV的正负电子对撞机；100TeV级别的强子对撞机；以及TeV级别的缪子对撞机等。这些未来对撞机致力于精确测量Higgs的性质和探索更高能标的物理，但也存在各种各样的困难，例如，对占地和其它资源需求较高，缪子衰变带来的污染较大等。在此情形下，北京大学物理学院高能物理实验组CMS团队提出一个新型的对撞机概念，即不对称能量的电子—缪子对撞机，其特点是更加经济适用（1—3公里环长的对撞机），运行范围从低能到高能（10GeV到TeV），涵盖丰富的物理内容（带电轻子味道破坏的探测及Higgs精细测量等），还可以很好地和其它对撞机(如缪子—缪子对撞机)进行时间和空间的衔接。

《欧洲核子研究中心快报》报道：“北京大学物理学家呼吁学界考虑一种新型的电子—缪子对撞机及其带来的好处（arXiv:2010.15144）。不同种类轻子的对撞，可压低物理本底，从而可以（更好地）研究带电轻子味道破坏以及希格斯玻色子的性质。作者认为，不对称的对撞能量构型，可控制加速器中缪子衰变带来的讨厌的本底。该预印本提议可从10GeV能级的电子和缪子束流开始，最终升级直至TeV能级的缪子—缪子对撞机。” 《欧洲核子研究中心快报》创刊于1959年，是欧洲核子研究中心（European Organization for Nuclear Research, CERN）报道全球高能物理重要进展的期刊。此项工作近期发表于《Advances in High Energy Physics》（Adv.High Energy Phys. 2021 (2021) 6693618）。北京大学物理学院博士毕业生卢梦（现为中山大学物理学院CMS组博士后）为第一作者，北京大学物理学院技术物理系、核物理与核技术国家重点实验室李强研究员为通讯作者。该工作得到国家自然科学基金委及科技部的大力支持。

值得一提的是，此新对撞机概念的提出是基于北京大学物理学院高能物理实验组CMS团队近年在矢量玻色子散射领域做出的一系列工作。电子和缪子是不同种类的轻子，在标准模型中没有直接相互作用，必须通过玻色子交换。因此，电子—缪子对撞机上的物理过程基本都是矢量玻色子熔合或散射过程。在下一阶段，北大团队将继续结合CMS工作和未来对撞机项目，力争在物理和软件模拟方面做出更深入的研究和进一步的贡献。

相关链接：

CERN Courier 官方报道：https://cerncourier.com/wp-content/uploads/2021/03/CERNCourier2021MarApr-digitaledition.pdf

论文原文链接：https://www.hindawi.com/journals/ahep/2021/6693618/

北大高能团队在玻色子散射领域取得一批重要进展：https://news.pku.edu.cn/jxky/5fbc105ad53945bc8340176ab1f2e41f.htm