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反质子与离子研究装置(FAIR)
时间 : 2011-10-07     

反质子与离子研究装置FAIR

(Facility for Antiproton and Ion Research)


2010年10月4日,欧洲基础物理学领域最大的科研装备项目之一——“反质子与离子研究装置(Facility for Antiproton and Ion Research,简称FAIR)”在德国威斯巴登举行了签约仪式。德国和俄罗斯等九个国家的联邦部长们共同签署了这一耗资约12亿欧元的国际合作协议,FAIR有限公司宣告正式成立。

  

FAIR是新一代粒子加速器

FAIR项目将建设新一代的粒子加速器。它利用德国达姆施塔特的亥姆霍兹重离子研究中心(GSI)的基础设施和现有经验技术基础进行设计。装置的核心部分是一个周长约为1100米的环形加速器,以及其相连的存储环和各种实验室组成的复杂系统。整个装置最后由8个环形加速器、两个直线加速器和约3500米长的射线牵引导管组成。德国重离子研究中心现有的加速器将作为FAIR的前加速器。

 

Kuva

 

FAIR项目涉及核结构、强子物理、核物质、原子和材料物理、等离子体和高能量密度物理等研究领域。2001年FAIR项目就完成了设计规划,并于2007年正式启动。截至目前,已有来自40个国家的约3000名科学家在为这个实验和加速器装置项目工作。预计2017年该加速器可以提供高强度和质量的反质子和离子束。

 

FAIR的科学价值

FAIR将尝试给科学界所提出的一些基本问题带来答案,即是否可以重新生成原子核反应,以便从核物质开始一直到夸克和胶子物质,来重新构建和研究它们之间的转变。因此,它将尝试理解重原子核是如何产生的,以及元素、不稳定原子核的形成原因,在极端温度和压力条件下物质的状态,甚至还希望理解暗物质的秘密。因为尽管暗物质在构成了宇宙的物质中比我们所知的物质占更大的份额,但它们至今还没有被直接观测到。

另外,还可以研究反氢的形成和精密测量。科学家们希望对自然界的力和空间、时间的结构能有深入了解。“在地球引力场中反物质是否与物质受到相同的力?” 对这个简单问题的回答对理解自然界的基本力具有深远影响,而该答案有望通过FAIR高强度低能量的反质子揭示出来。因此,通过FAIR将使研究反物质成为可能。研究人员希望解开宇宙中反物质除了微小残余外很少存在的奥秘,以及为什么那些我们已知的物质会成为首选构成了我们和我们周围的世界。

FAIR输出的超高能量的离子束,将使各种以前从未做过的实验成为可能,来自全世界的科学家们将期待着对宇宙大爆炸以来的物质构成和宇宙演化有一个新的认识。它可以让科学家们更好地理解反物质的反应,探索我们身边物质的结构,寻找和测量所谓的胶子——一种由纯能量生成的新的奇异的物质形态等等。研究人员还将利用FAIR专门研究恒星如何爆炸,以及其涉及哪些过程。因为根据我们目前的理解,化学元素是在大质量恒星爆炸时生成的,也就是说,所有的物质——包括我们自己——最终都来自于恒星爆炸后残余的星尘。

在实际应用中,FAIR可以生成与自然方式出现的宇宙射线一样的离子束,这使得科学家们可以研究材料和组织样本的离子效应。人们可就此测试卫星组件并进行载人航天任务的放射生物学或医疗新应用研究。

德国重离子研究中心科学主席霍斯特·施特克尔教授表示,有了FAIR,我们可以在实验室里制造宇宙物质,这就意味着来自全世界的科学家们将进入新的物质层面,例如反物质或热的恒星物质。为了该基础研究,研究者还将开发新型高性能计算机,并且可以期待着新的纳米材料以及生物医学应用的突破。

  

FAIR的国际合作

FAIR已被纳入欧洲研究基础设施战略论坛(ESFRI)的“路线图”中。众多参与的国内外科研机构已在进行研究和开发准备。FAIR项目耗资大约12亿欧元,其中德国将出资约75%,其他参与国出资约25%。该项目有16个伙伴国家,其中希望出资参与建设的有12个,除了已经签约的芬兰、法国、印度、波兰、罗马尼亚、俄罗斯、瑞典和斯洛文尼亚之外,中国、英国、沙特阿拉伯和西班牙也计划加入。项目签约后成立了FAIR有限公司,参与国即是股东,该公司将负责新设施的建设和运营,项目基建将在2011年至2012年开始。

FAIR是欧洲基础研究方面最重要的大型科研装置之一,它亦是世界上唯一可以提供各种科研可能性的平台。它能够吸引更多杰出的科学家到德国来,无论是年青后备人才还是已取得重大成就的教授。FAIR最终落户德国的黑森州,对黑森州成为国际科研地点起到了举足轻重的作用。德国承担的建设和运营费用部分中,由黑森州承担9千万欧元以及三分之一因所在地而产生的费用。

除了德国,在所有参与项目的伙伴国家中,俄罗斯出资最多,金额达1.78亿欧元。而且作为最重要的合作伙伴,德国亥姆霍兹国家研究中心联合会与俄罗斯原子能署(ROSATOM)早在2007年9月就在莫斯科联合成立了FAIR俄罗斯研究中心(FRRC)。该研究中心主要协助把俄方的科研成果应用到粒子加速器FAIR上,并促进优秀的俄方青年科学家参与FAIR项目的建设。

中国积极探讨与FAIR的合作。2010年上半年已经研讨了未来中国科学家在原子物理与高能量密度物理、NuSTAR相关的物理、核物质相关的物理、强子物理等领域参与FAIR项目研究的可能性,并形成中国—FAIR白皮书。

 

科技日报 http://www.stdaily.com/kjrb/content/2010-10/09/content_235205.htm

http://www.peking.diplo.de/Vertretung/peking/zh/05__Wirtschaft/Wissenschaft__Forschung__und__Technologie/00__Artikel/FAIR__Forschungszentrum__Seite.html

http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=320892&do=blog&id=262916

http://www.hip.fi/research/detlab/toiminta/FAIR.htm