(一)整体领域布局
“粒子物理前沿”卓越中心力争在中微子物理研究、新强子物理研究和高能量前沿物理研究三个研究方向取得国际领先的重大研究成果,并逐步在粒子物理实验各前沿方向逐渐处于国际领先地位。三个主要方向是粒子物理研究领域的最前沿,其研究内容是我们国内有研究基础的粒子物理国际热点问题。
(二)中心的方向布局
本中心建设初期,挑选三个国内最具研究优势且最有希望实现重大突破的方面布局,开展研究,并实现重大突破。
中微子物理研究:2012年,大亚湾反应堆中微子实验成功发现了第三种中微子振荡模式,测定了中微子混合角q13,这是对物质世界基本规律的一项新认识,对中微子物理未来发展方向起到了指导作用。在此基础上,江门中微子实验已获科学院“先导专项”支持,目标是测定中微子绝对质量的等级结构。与此同时,有关加速器中微子实验的物理设想与前瞻性研究,即利用质子加速器制备超级中微子束流以测定CP破坏也在进行中。此外,地下暗物质实验和双贝塔衰变实验已并行开展。我们已获得国际领先成果,未来的一系列实验将使我们全面领先。
新强子物理研究: BEPCII是目前国际上运行在t-粲能区亮度最高的加速器。BESIII已积累了该能区国际上最大的数据样本。我们发现了X(1870)、X(2120)、X(2370)等一批轻强子态,也在Y(4260)的衰变中发现了由至少四个夸克构成的带电类粲偶素结构Zc(3900),打开了一扇研究奇特态强子的大门。随着数据的积累,我们将会对奇特的Y(4260)、Zc(3900)等做更深入的研究,发现其家族成员中其他的奇特态强子,了解其特性及结构,从而理解近年来人们发现的XYZ粒子和多夸克态、胶球、混杂态等奇特态,为强子结构问题的彻底解决做出决定性贡献。另外,将积极参加BelleII和PANDA实验,寻找新的物质形态,引领新强子物理研究前沿。
高能量前沿物理研究:粒子物理的最前沿是高能量。国际上普遍认为下一步首先要精确测量希格斯粒子与各种基本粒子的相互作用,检验标准模型并理解电弱破缺机制,发现可能的新物理信号。具体路径之一是继续发挥LHC及其升级版的物理潜能;二是建造250-500 GeV的ILC;三是建造250-350 GeV环形希格斯工厂并适时将其改造为更高能量的强子对撞机。我国科学家参与了LHC上的科学研究并在希格斯粒子的发现中做出重要贡献,参与了ILC的预研,并跟踪更远未来的高能直线对撞机(CLIC)的发展。特别是我们独立提出了在中国建设环形正负电子对撞机加未来质子对撞机的构想,在国际上引起了很大反响。我们将探讨在我国建造环形希格斯工厂及未来50TeV质子对撞机的可能性,使我国的粒子物理在国际上处于全面领先地位。