如果某種大災(zāi)難摧毀了所有科學(xué)知識(shí)，而只有一句話傳給下一代生物，那么用最少的詞來(lái)表達(dá)最多信息的陳述是什么？我相信這是原子假說(shuō)，即萬(wàn)物都是由原子組成的，小粒子以永恒運(yùn)動(dòng)的方式運(yùn)動(dòng)，在彼此相距很小的距離時(shí)相互吸引，但相互擠壓時(shí)會(huì)排斥。如果加上一點(diǎn)想象力和思想，你將在那句話中看到關(guān)于世界的大量信息。——理查德·費(fèi)曼(Richard P. Feynman)，1964年

1870 年，湯姆孫(Thomson)發(fā)現(xiàn)了電子，并提出原子是由帶負(fù)電的電子鑲嵌在帶有正電的均勻球體表面(葡萄干布丁模型)。隨著電子的發(fā)現(xiàn)，以及20 世紀(jì)初的科學(xué)革命，尤其是在1911 年，英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福(Rutherford) 采用alpha 粒子散射實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)原子擁有一個(gè)帶正電荷的高密度中心(原子核)，電子圍繞在原子核外面，讓我們了解到還存在比原子更小的原子核，以及組成原子核的質(zhì)子和中子，統(tǒng)稱核子。

核子作為可見(jiàn)物質(zhì)世界的主要基礎(chǔ)構(gòu)建單元,具有復(fù)雜的夸克和膠子內(nèi)部結(jié)構(gòu)（圖2），是當(dāng)代核物理學(xué)前沿領(lǐng)域之一。對(duì)核子結(jié)構(gòu)的研究是人們認(rèn)識(shí)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的最前沿領(lǐng)域，還有一系列根本性的問(wèn)題有待解決，比如核子質(zhì)量來(lái)源、核子自旋起源和夸克膠子禁閉機(jī)制等問(wèn)題。

圖2 物質(zhì)結(jié)構(gòu)，從原子到夸克和膠子

電子-離子對(duì)撞機(jī)(Electron Ion Collider，EIC)是一種大型粒子加速器，被視作是具有超高分辨率的“三維電子顯微鏡”，是研究核子結(jié)構(gòu)的最理想工具。EIC用沒(méi)有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的電子轟擊質(zhì)子和更重的原子核，可以探索核子和原子核內(nèi)部夸克和膠子的結(jié)構(gòu)及它們之間的相互作用。借助這種超級(jí)顯微鏡，科學(xué)家們能獲得世界上最清楚的核子內(nèi)部三維圖像，人類探索微觀物質(zhì)世界的知識(shí)邊界將得到繼續(xù)擴(kuò)展。

二研究現(xiàn)狀

核物理是研究核物質(zhì)的領(lǐng)域，根據(jù)能標(biāo)的不同，分為中低能核物理核、高能核物理。強(qiáng)子包括介子和重子, 是能從物質(zhì)中分離出來(lái)的、已觀測(cè)到的具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的最小單元。質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子，屬于重子。質(zhì)子內(nèi)部的夸克-膠子結(jié)構(gòu)屬于當(dāng)今人類正在探索的物質(zhì)世界的最深層次，是高能核物理研究的重要領(lǐng)域。

決定強(qiáng)子量子數(shù)的夸克被稱為價(jià)夸克，質(zhì)子的價(jià)夸克就是(uud)，它們能夠?qū)ν獗憩F(xiàn)出來(lái)；除此之外，任何強(qiáng)子都可能包含無(wú)限數(shù)量的虛擬“海”夸克、反夸克和膠子，它們不會(huì)影響其量子數(shù)。強(qiáng)子色場(chǎng)的膠子分裂時(shí)會(huì)形成?？淇?，即虛擬夸克-反夸克。反過(guò)來(lái)兩個(gè)海夸克會(huì)湮滅成產(chǎn)生膠子。在核子內(nèi)部，真空中不斷有正反夸克對(duì)產(chǎn)生又湮滅，膠子劈裂又重組，宛如一鍋湯，形成了冒泡，沸騰，動(dòng)態(tài)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。

早期的加速器電子能量低，其德布羅意波的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，所以最初物理學(xué)家認(rèn)為質(zhì)子自旋單純來(lái)自組分夸克的自旋。但隨著研究的深入和加速器技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)電子與質(zhì)子高能對(duì)撞會(huì)產(chǎn)生各種各樣的粒子，這些粒子明顯含有價(jià)夸克以外的其他種類夸克?，F(xiàn)代觀點(diǎn)認(rèn)為，質(zhì)子由價(jià)夸克(valancequark)，膠子(gluon)和不斷漲落的?？淇?seaquark)組成。

半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，人類對(duì)核子結(jié)構(gòu)開(kāi)展了長(zhǎng)期理論和實(shí)驗(yàn)研究。理論上，組分夸克模型在1964年分別由蓋爾曼和茨威格獨(dú)立提出，認(rèn)為介子是由夸克和反夸克所組成，重子是由三個(gè)夸克組成。蓋爾曼因此獲得1969年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?；诳淇四Ｐ偷膹?qiáng)子譜研究，一直是核子結(jié)構(gòu)研究的重要方向。實(shí)驗(yàn)方面，有關(guān)核子結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)研究已經(jīng)誕生了三個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)，代表了核子結(jié)構(gòu)研究發(fā)展的主要里程碑，分別是：核子反常磁矩研究(Stern，1943年)，第一次直接證明了質(zhì)子為非點(diǎn)狀粒子；電子散射測(cè)量核子的電磁形狀因子(Hofstadter，1961 年)，第一次觀測(cè)到核子的電磁結(jié)構(gòu)；深度非彈性散射實(shí)驗(yàn)與核子的夸克結(jié)構(gòu)(Friedmann、Kendall 和Taylor，1990 年)，第一次證實(shí)了核子內(nèi)部存在夸克。最近十來(lái)年，美國(guó)杰斐遜實(shí)驗(yàn)室(JLab)利用較低能量的電子束流對(duì)質(zhì)子內(nèi)部的價(jià)夸克的一維結(jié)構(gòu)作了系統(tǒng)的研究，而核子的三維結(jié)構(gòu)，直到最近才真正開(kāi)始研究。

在我國(guó)核物理理論研究領(lǐng)域，已經(jīng)形成了由來(lái)自多個(gè)研究機(jī)構(gòu)的理論研究者組成的核子結(jié)構(gòu)與QCD理論研究團(tuán)隊(duì)，并已躋身世界一流行列。他們對(duì)核子和原子核結(jié)構(gòu)研究中提出了獨(dú)到見(jiàn)解并取得了突出的成果：如QCD演化方程的改進(jìn)、小x 物理唯象學(xué)研究、角動(dòng)量的規(guī)范不變分解理論、因子化定理和強(qiáng)子化機(jī)制的研究等，同時(shí)，基于修正的DGLAP 方程，建立了質(zhì)子和原子核的部分子分布函數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)IMParton 和nIMParton。這些理論研究將在EIC 預(yù)研和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析中發(fā)揮重要的作用。實(shí)驗(yàn)方面，我國(guó)核物理學(xué)家參加了國(guó)外實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)形成一支比較大的研究隊(duì)伍。所以，在理論和實(shí)驗(yàn)兩方面，我們都已經(jīng)有了比較好的基礎(chǔ)，我們有能力提出和建造我們國(guó)家自己的電子離子對(duì)撞機(jī)。

三電子離子對(duì)撞機(jī)的物理目標(biāo)

在高能核物理領(lǐng)域，除了QCD相變外，另一個(gè)重大的課題便是核子結(jié)構(gòu)。對(duì)膠子和?？淇诉M(jìn)行研究需要更高能標(biāo)的電子-離子對(duì)撞機(jī)。被視為“超級(jí)電子顯微鏡”的EIC裝置，將是研究核子結(jié)構(gòu)和原子核內(nèi)夸克膠子分布的最有效設(shè)備，能夠幫助科學(xué)家精確測(cè)量核子一維自旋結(jié)構(gòu)和三維結(jié)構(gòu)。圖4總結(jié)了各種結(jié)構(gòu)函數(shù)及其測(cè)量方法等。

圖4 質(zhì)子一維和三維部分子分布函數(shù)

自從EMC對(duì)質(zhì)子自旋成分進(jìn)行觀測(cè)以來(lái)，我們已經(jīng)取得了一系列的進(jìn)步。但是，一維結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差依然比較大，尤其是?？淇说臉O化分布的誤差依然很大，導(dǎo)致對(duì)質(zhì)子自旋的各種來(lái)源缺乏準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)。因此，?？淇俗孕植嫉木_測(cè)量是當(dāng)前實(shí)驗(yàn)和理論面臨的重要任務(wù)之一。在繼續(xù)提高核子一維結(jié)構(gòu)測(cè)量精度的同時(shí)，隨著理論和實(shí)驗(yàn)的發(fā)展，科學(xué)家們已經(jīng)開(kāi)始考慮測(cè)量核子的三維結(jié)構(gòu)TMD和GPD了。TMD和GPD包含非常豐富的核子內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息。當(dāng)前，對(duì)于GPD 和TMD的測(cè)量是極有吸引力的QCD 研究前沿?？墒牵壳癟MD和GPD的理論模型、計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)量仍在發(fā)展階段，亟需各類精確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，因此針對(duì)這些分布函數(shù)的研究是當(dāng)前核子結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)測(cè)量和QCD理論研究的重要前沿。未來(lái)的國(guó)內(nèi)外EIC實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都將對(duì)核子的三維結(jié)構(gòu)列為最重要的目標(biāo)之一。這些測(cè)量深化了人們對(duì)核子結(jié)構(gòu)和強(qiáng)相互作用的認(rèn)識(shí)。

作為亮點(diǎn)，我們主要介紹EIC 將解決如下三個(gè)核心科學(xué)問(wèn)題：

1. 質(zhì)子質(zhì)量起源

質(zhì)量是粒子的最基本性質(zhì)之一?？淇私M成質(zhì)子的質(zhì)量使用兩個(gè)術(shù)語(yǔ)：流夸克質(zhì)量是由希格斯機(jī)制產(chǎn)生的夸克質(zhì)量，而組分夸克質(zhì)量是指流夸克質(zhì)量加上凝聚在流夸克周?chē)哪z子場(chǎng)的質(zhì)量。因此，雖然膠子本身沒(méi)有質(zhì)量，而包含膠子的核子卻很重(一個(gè)核子的總質(zhì)量比它所含的價(jià)夸克的質(zhì)量大100 倍)。核子的質(zhì)量如何產(chǎn)生，還是一個(gè)謎題。解決質(zhì)子質(zhì)量的組成問(wèn)題，并因此了解產(chǎn)生宇宙中所有可見(jiàn)物質(zhì)的質(zhì)量，是核物理與粒子物理中一個(gè)非?；竞陀猩羁涛锢硪饬x的問(wèn)題。

宇宙可見(jiàn)物質(zhì)主要由質(zhì)子和中子構(gòu)成，這些強(qiáng)子是由夸克構(gòu)成的。希格斯機(jī)制給宇宙中的萬(wàn)物賦予了質(zhì)量。然而，希格斯場(chǎng)只給夸克和電子這樣的基本粒子賦予了質(zhì)量。由希格斯機(jī)制產(chǎn)生的夸克質(zhì)量?jī)H約占質(zhì)子質(zhì)量的1%(圖5)。科學(xué)家將其余99%的質(zhì)子質(zhì)量歸因于膠子相互作用，是一種強(qiáng)相互作用引起的量子效應(yīng)。將夸克聚合在一起的強(qiáng)核力承擔(dān)了質(zhì)子大部分“賦予質(zhì)量”的工作。然而，強(qiáng)核力所賦予物質(zhì)的質(zhì)量和由希格斯機(jī)制產(chǎn)生的質(zhì)量是不同的，同時(shí)也并不是相互獨(dú)立的。

目前，有QCD 理論將質(zhì)子質(zhì)量分解為四個(gè)部分，其中能動(dòng)量張量的跡反常的物理本質(zhì)是質(zhì)子質(zhì)量問(wèn)題中最不清楚的部分，這可以通過(guò)矢量介子Upsilon 粒子產(chǎn)生過(guò)程的近閾產(chǎn)生截面的測(cè)量來(lái)研究：因?yàn)樵摻孛鎸?duì)Upsilon 粒子與核子間的非微擾膠子相互作用非常敏感，表現(xiàn)為在近閾截面的增強(qiáng)。作為未來(lái)研究質(zhì)子質(zhì)量物理起源的唯一強(qiáng)相互作用對(duì)撞機(jī)，EIC能首次精確測(cè)量Upsilon 粒子在閾值附近的產(chǎn)生截面?？茖W(xué)家結(jié)合粲味J/psi 粒子在閾值附近的產(chǎn)生，將深入了解QCD跡反常機(jī)制對(duì)質(zhì)子質(zhì)量的貢獻(xiàn)。這對(duì)于理解和最終解決質(zhì)子質(zhì)量問(wèn)題非常重要，還將促進(jìn)我們從質(zhì)量角度進(jìn)一步理解強(qiáng)相互作用和QCD性質(zhì)。

2. 質(zhì)子自旋問(wèn)題

質(zhì)子自旋來(lái)源復(fù)雜：包括價(jià)夸克、海夸克和膠子的極化與軌道角動(dòng)量貢獻(xiàn)。人們直觀的想法是，質(zhì)子1/2 的自旋角動(dòng)量來(lái)自兩個(gè)自旋平行的夸克和另一個(gè)自旋反平行的夸克。然而電子與質(zhì)子的散射實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，我們所知道的構(gòu)成質(zhì)子的三種夸克所具有的自旋角動(dòng)量?jī)H貢獻(xiàn)了質(zhì)子自旋的一小部分。這一歷史事件也被稱為“自旋危機(jī)(spin puzzle)”?！百|(zhì)子自旋危機(jī)”使核子結(jié)構(gòu)研究進(jìn)入一個(gè)新時(shí)代。目前為止，我們知道質(zhì)子內(nèi)的價(jià)夸克，也就是u 和d 夸克，只貢獻(xiàn)了30%的質(zhì)子自旋。?？淇撕湍z子可能貢獻(xiàn)50%，但是至少還有另外20%~30%的自旋來(lái)源是不清楚的。

國(guó)際上自20 世紀(jì)80 年代末EMC 實(shí)驗(yàn)揭示核子自旋問(wèn)題以來(lái)，核子自旋物理的研究一直十分活躍，國(guó)際上多個(gè)實(shí)驗(yàn)室通過(guò)一系列極化輕子-核子深度非彈散射(DIS)精確測(cè)量了核子自旋結(jié)構(gòu)。SLAC，DESY和CERN等實(shí)驗(yàn)室都曾對(duì)核子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了卓有成效的研究。目前，世界上實(shí)驗(yàn)結(jié)果精度最高的實(shí)驗(yàn)室是JLab，它的加速器提供電子連續(xù)束流，最高能量從原來(lái)6 GeV 剛升級(jí)至12 GeV；亮度達(dá)；在極化束流和極化靶的情況下，亮度仍可高達(dá)~，這保證了實(shí)驗(yàn)的高統(tǒng)計(jì)性。JLab的束流能量，決定了其主要研究對(duì)象是質(zhì)子內(nèi)的價(jià)夸克。因此，要徹底解決質(zhì)子自旋問(wèn)題，EIC是必不可少的研究裝置。EIC主要目標(biāo)是確定?？淇撕湍z子自旋貢獻(xiàn)及其軌道角動(dòng)量。

3. 色玻璃凝聚現(xiàn)象

膠子在物質(zhì)中的性質(zhì)(即它們的排列或狀態(tài)，以及它們?nèi)绾螌⒖淇私Y(jié)合在一起的細(xì)節(jié))尚不為人所知。物質(zhì)中的膠子與宇宙中的暗物質(zhì)有相似之處：雖然看不見(jiàn)，但都起著至關(guān)重要的作用。就像凝聚態(tài)物理中有著名的玻色愛(ài)因斯坦凝聚一樣，在高能核物理中，也有一個(gè)類似的現(xiàn)象——“色玻璃凝聚”。如果設(shè)法將質(zhì)子加速到接近光速，就會(huì)展現(xiàn)出一種奇異的現(xiàn)象：質(zhì)子內(nèi)部膠子的數(shù)量急劇增加。這是因?yàn)?，光速飛行的“膠子”會(huì)分裂，形成一對(duì)能量較低的膠子，產(chǎn)生的膠子還會(huì)發(fā)生進(jìn)一步的分裂。最后，質(zhì)子內(nèi)部的膠子數(shù)量將達(dá)到一個(gè)上限，膠子的數(shù)量不再增加，這時(shí)，光速飛行的質(zhì)子所表現(xiàn)出來(lái)的狀態(tài)就被稱為“色玻璃凝聚態(tài)”(ColorGlass Condensate, CGC)。色玻璃凝聚的存在是QCD中膠子自身相互作用的一個(gè)直接結(jié)果(圖7)。色玻璃凝聚現(xiàn)象對(duì)于理解宇宙中的物質(zhì)至關(guān)重要。

圖7 QCD演化：探針?lè)直媛蕍s.能量圖。圖中指出了非微擾和微擾QCD區(qū)域，在微擾區(qū)，部分子分布函數(shù)根據(jù)DGLAP或者BFKL/BK/JIMWLK等方程演化(圖片來(lái)源:美國(guó)EIC白皮書(shū))

量子色動(dòng)力學(xué)理論表明，色玻璃凝聚的能標(biāo)正比于原子核質(zhì)量數(shù)A 的三分之一次方，所以電子-重離子碰撞比電子-質(zhì)子碰撞更容易觀察到色玻璃凝聚現(xiàn)象。EIC上的重離子束流能為我們提供一個(gè)探索飽和區(qū)域和CGC 性質(zhì)的途徑。相比于HERA，RHIC 和LHC 僅僅發(fā)現(xiàn)了飽和膠子物質(zhì)的線索，EIC憑借著較寬的運(yùn)動(dòng)學(xué)區(qū)間，以及在單舉和半單舉非彈性散射過(guò)程中探測(cè)多種原子核的能力，將有望成為第一個(gè)確定色玻璃凝聚現(xiàn)象的裝置。

四建設(shè)電子離子對(duì)撞機(jī)

目前，國(guó)際核物理界已基本形成共識(shí)：EIC是研究核子、原子核內(nèi)夸克膠子分布的最有效裝置。EIC實(shí)驗(yàn)及其相關(guān)物理研究是全球高能核物理界競(jìng)爭(zhēng)非常激烈的一個(gè)領(lǐng)域，是國(guó)際高能核物理界的最優(yōu)先研究計(jì)劃之一。美國(guó)和歐洲都正在計(jì)劃建造高能電子離子對(duì)撞機(jī)，并已經(jīng)有了一些概念設(shè)計(jì)和物理研究。

美國(guó)科學(xué)界已確定EIC 是其核物理發(fā)展的重點(diǎn)，并要力爭(zhēng)世界領(lǐng)導(dǎo)地位。2018 年發(fā)布的《美國(guó)電子離子對(duì)撞機(jī)科學(xué)評(píng)估報(bào)告》明確指出了電子離子對(duì)撞機(jī)在科學(xué)上的重要性：“核子質(zhì)量如何產(chǎn)生等重大科學(xué)問(wèn)題需要一個(gè)有高度極化的電子和離子束流的EIC，這個(gè)EIC 還要有足夠高的亮度以及足夠的并且可調(diào)的質(zhì)心系能量?！痹u(píng)估委員會(huì)一共給出了9 個(gè)調(diào)查結(jié)果。其中第一個(gè)調(diào)查結(jié)果是:只有EIC 能夠回答關(guān)于核子(即中子和質(zhì)子)，以及它們?nèi)绾谓M成原子內(nèi)部的原子核的3 個(gè)重大問(wèn)題:核子質(zhì)量是如何產(chǎn)生的？核子自旋是如何產(chǎn)生的？膠子高密系統(tǒng)的涌現(xiàn)(emergent)屬性是什么?

接著報(bào)告還提到，這樣一個(gè)EIC 裝置將是世界上獨(dú)一無(wú)二的裝置，將使美國(guó)在世界上保持核物理、加速器科學(xué)以及對(duì)撞機(jī)技術(shù)上的領(lǐng)導(dǎo)地位，并有助于保持更廣泛領(lǐng)域的科學(xué)領(lǐng)導(dǎo)地位。

2020 年1 月9 日，美國(guó)能源部宣布：選定位于紐約州的布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室承建大型核物理研究設(shè)施——電子離子對(duì)撞機(jī)eRHIC。eRHIC 的目標(biāo)聚焦在高能區(qū)域。在該能區(qū)，膠子動(dòng)力學(xué)起主導(dǎo)作用。

中國(guó)電子離子對(duì)撞機(jī)計(jì)劃也正在計(jì)劃中。我國(guó)核物理領(lǐng)域的科學(xué)家經(jīng)過(guò)多次戰(zhàn)略研討會(huì)和咨詢會(huì)，已形成共識(shí)：充分利用廣東惠州在建重大科技基礎(chǔ)設(shè)施及其升級(jí)計(jì)劃，確立我國(guó)在核物理前沿及交叉領(lǐng)域研究的優(yōu)勢(shì)，加速取得重大原創(chuàng)性成果?；谖覈?guó)2050 年大科學(xué)裝置發(fā)展路線圖的規(guī)劃，由中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所最早于2012 年主導(dǎo)提出，在強(qiáng)流重離子加速器裝置(HIAF，已于2018年底在廣東省惠州市開(kāi)工建設(shè))的基礎(chǔ)上，添加一條新的電子束流，建成電子束流和質(zhì)子/重離子束流均極化的中國(guó)電子離子對(duì)撞機(jī)(EicC)。該裝置基于已有的強(qiáng)流重離子加速器裝置HIAF，采用環(huán)形對(duì)撞機(jī)方案，建造一臺(tái)“8”字型離子環(huán)pRing、一臺(tái)電子注入器以及一臺(tái)跑道形電子環(huán)eRing。EicC 裝置質(zhì)心系能量位于15~20 GeV的區(qū)間。

圖8 在HIAF加速器基礎(chǔ)上建設(shè)的中國(guó)電子離子對(duì)撞機(jī)EicC裝置設(shè)計(jì)圖

探針尺度由對(duì)撞機(jī)的能量決定。EicC 的探針尺度大約在質(zhì)子的百分之一到千分之一左右，是研究?？淇说淖罴褏^(qū)域。EicC建成后，將是世界上第一臺(tái)運(yùn)行于?？淇四軈^(qū)的極化電子離子對(duì)撞機(jī)。EicC的主要物理目標(biāo)包括?？淇艘痪S和三維結(jié)構(gòu)的精確測(cè)量，原子核結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、奇特強(qiáng)子態(tài)和質(zhì)子質(zhì)量起源等重大基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題的研究。美國(guó)和CERN 未來(lái)的EIC 裝置主要優(yōu)勢(shì)是研究膠子。HERA實(shí)驗(yàn)獲得了很多核子結(jié)構(gòu)方面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但是該實(shí)驗(yàn)的缺點(diǎn)是只有ep，沒(méi)有eA，而且質(zhì)子束流沒(méi)有極化，其亮度也偏低(

)。因此，EicC 將是世界上第一臺(tái)高亮度的雙極化的電子離子對(duì)撞機(jī)。在EicC 建成后，科學(xué)家將把核子結(jié)構(gòu)的研究推入小x 領(lǐng)域，即?？淇松踔聊z子能區(qū)，開(kāi)辟核物理研究的新領(lǐng)域。

EicC 的設(shè)計(jì)為未來(lái)發(fā)展留有空間。EicC 將在一期的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高束流能量和亮度，建成EicC 二期。EicC 二期將精確測(cè)量核子及原子核中膠子和夸克海的多維自旋分布并尋找超出標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理。將來(lái)可能進(jìn)一步和Super tau/charm裝置結(jié)合。

EicC 的最主要目標(biāo)之一是研究質(zhì)子質(zhì)量的起源，這和由中科院高能物理研究所提出的希格斯工廠——CEPC存在“互補(bǔ)關(guān)系”。一期建設(shè)CEPC作為希格斯粒子(Z 玻色子)工廠，精確測(cè)量希格斯性質(zhì)，深入研究標(biāo)準(zhǔn)模型、電弱對(duì)稱性自發(fā)破缺機(jī)制和質(zhì)量起源等基本問(wèn)題，尋找超出標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理的線索。CEPC研究的是夸克這樣的基本粒子由希格斯機(jī)制引起的質(zhì)量起源，而EicC 研究的是由強(qiáng)相互作用引起的強(qiáng)子層次的質(zhì)量起源。這兩種質(zhì)量起源是相互補(bǔ)充的，我們只有同時(shí)理解了夸克和強(qiáng)子的質(zhì)量起源，我們才真正理解強(qiáng)相互作用力和物質(zhì)結(jié)構(gòu)。

中國(guó)EicC 和美國(guó)的杰斐遜實(shí)驗(yàn)室(JLab)裝置和美國(guó)EIC 主要有什么不同呢？能量和物理目標(biāo)不同。EicC 能量位于正在運(yùn)行的JLab 裝置和美國(guó)EIC 之間的空白區(qū)。三大裝置的物理目標(biāo)相互補(bǔ)充：EicC 主要研究?？淇私Y(jié)構(gòu)，而美國(guó)EIC 集中于膠子物理研究，目前正在運(yùn)行的杰斐遜實(shí)驗(yàn)室則主要研究?jī)r(jià)夸克結(jié)構(gòu)。

五結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代核物理的基本目標(biāo)是研究強(qiáng)、弱和電磁三種相互作用在核物質(zhì)微觀層次的各種物理現(xiàn)象，理解宇宙的起源與演化、可見(jiàn)物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)。自盧瑟福發(fā)現(xiàn)原子核以來(lái)，經(jīng)過(guò)一百多年的努力，人類已經(jīng)在核物理研究中取得巨大和重要的成功，從根本上影響了過(guò)去一百年的社會(huì)發(fā)展和科學(xué)研究。電子離子對(duì)撞機(jī)的建造，將使核物理的研究迎來(lái)一個(gè)新的時(shí)代，非常有希望獲得一批國(guó)際領(lǐng)先的重要成果和重大發(fā)現(xiàn)。

作為一種重要的大型新科學(xué)裝置，電子離子對(duì)撞機(jī)的設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行將對(duì)其他學(xué)科產(chǎn)生重大影響，將為社會(huì)帶來(lái)巨大利益。除了加速器，探測(cè)器和芯片等技術(shù)，EIC裝置還將影響其他研究領(lǐng)域，包括格點(diǎn)QCD、粒子物理學(xué)、高能天體物理及原子和凝聚態(tài)物理，等等。

借助EIC 激動(dòng)人心的物理學(xué)前沿計(jì)劃，核科學(xué)將繼續(xù)吸引大批優(yōu)秀的年輕人投入到這項(xiàng)探索核物質(zhì)結(jié)構(gòu)最前沿的基礎(chǔ)研究中去。

原文標(biāo)題：電子離子對(duì)撞機(jī)——研究核子結(jié)構(gòu)的超級(jí)顯微鏡

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