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EicC升级路线图

2026-08-02

2026年7月21日，广东惠州的地下隧道里，一台叫HIAF的装置通过了中国科学院工艺验收。这个耗时16年建设的强流重离子加速器，第一次出束是2025年10月28日，氧离子的束流强度超过设计值三倍，铋离子超过七倍半，都是国际纪录。验收当天，没有人把它当作终点。因为在这台装置的规划图纸上，还画着下一件东西——EicC，一台极化电子离子对撞机。HIAF只是台阶，EicC是站在台阶上要建的那栋楼。

EicC想干什么，一句话能说清：看清质子里"海夸克"的长相。质子不是三个夸克的简单拼装。它周围有一层不断涨落的虚粒子海洋——海夸克——它们的存在由量子力学的不确定性保证，但具体是什么味道、什么自旋、在什么位置，人类至今只摸到轮廓。这个"海"的浓度恰好在中等的动量分数区域最高，术语叫中等x区。这个区域有两个邻居都够不着：美国的JLab 12 GeV装置能量太低，只能看到价夸克；正在布鲁克海文建设的EIC能量太高，重点放在更小的x。EicC卡在中间——质心系能量15到20 GeV，3.5 GeV的电子对撞20 GeV的质子——刚好是观察海夸克的黄金窗口。

它要测的东西有实实在在的科学分量。一个是质子的质量到底从哪来。夸克的质量加起来不到质子质量的2%，剩下的98%来自胶子的能量和QCD的量子效应（迹反常）。EicC可以通过近阈值的重夸克偶素光生来测量这个分解。另一个是自旋。质子自旋来自夸克、胶子和轨道角动量，海夸克贡献多少，没有精确答案。还有一个是核子的三维成像——不只是知道夸克在纵向动量上怎么分布，还要知道它在横向位置和动量上的样子，这需要测量广义部分子分布（GPD）和横动量依赖分布（TMD）。

2026年，EicC的物理预研进入成果密集期。黄源源、曹须、冯太傅、Kumerički和陆宇在《中国物理C》上发表了用神经网络参数化Compton形状因子、再评估EicC对深度虚康普顿散射（DVCS）约束能力的论文，结论是海夸克区的所有相关函数不确定性都会显著下降。山东大学和近物所合作的团队在《物理评论D》上发表了用Sullivan过程测量π介子和K介子结构函数的可行性研究——用末态的中子和Λ超子来标记出"介子靶"，把π/K的结构函数统计误差压到5%和8%以内。加上2022年的K介子结构函数、2020年的近阈值Υ产生，论文供应链清晰可见：从理论预研到探测器可行性，一步步在铺路。

探测器方案也已经成型。粒子鉴别用三种切伦科夫探测器加飞行时间：桶部的高精度DIRC能区分π/K到6 GeV/c，离子端盖的双辐射体dRICH到15 GeV/c，电子端盖的mRICH，配上低增益雪崩二极管的TOF。电磁量能器用纯CsI晶体加Shashlik取样结构，覆盖快度到±3。远前向还有一套偶极跟踪器、Roman Pot和零度量能器，专门抓DVCS的反冲质子和Sullivan过程的标记粒子。

但路线图的真正关键不在探测器，在加速器。EicC的对撞方案是环-环对撞：跑道形的电子环，配上"8字环"结构的质子环——8字环的自旋调谐恒为零，能让质子极化率稳定在70%以上。注入链直接复用HIAF：离子直线加速器把质子送进BRing，BRing里做第一级冷却，然后注入新建的质子环加速到19.08 GeV。整个过程里最难的一步叫高能电子冷却：用一台能量回收直线加速器（ERL）产生一束高流强电子，去"冷却"质子束，抑制它自然散开。ERL的能量回收效率理论上是100%——这也是2026年4月那篇ChinaXiv论文的核心内容。

麻烦在于，这个冷却方案需要的性能超出了当前全世界已经验证过的水平一个数量级。而且这不是EicC一家的问题。美国EIC的强子冷却同样卡在百毫安级的ERL上，其官方评审报告自己承认"100 mA ERL加低噪声电子束属于高风险"。两台对撞机卡在同一块技术短板上，谁也没有现成的答案可抄。EicC的亮度设计值2到4×10³³每平方厘米每秒，能不能保住，全看这台ERL争不争气。

更大的变量是时间。美国EIC的进度表是硬的：2026年2月6日拿到下一阶段经费，2026年4月13日RHIC开始拆除改造成EIC，2026年6月土建开工，ePIC探测器2031年建成，2031到2033年调试，第一批物理数据预计2034年初。而EicC呢？到2026年年中，它仍然在预研论证阶段，没有出现在"十五五"规划109项重大工程的名单里。白皮书是2021年发的，102位作者、40多家单位、9位国际专家评审过。概念设计报告分两卷，213位作者、69家研究所，但统一版本至今没有公开发布——网上能查到的只是各子系统的概念设计论文。如果EicC不能在"十五五"内立项、用五六年建成，2035年前后出数据的假设就与EIC的2034年正面重叠。

不过有件事值得注意：EicC和美国EIC不是同一种东西。美国EIC能量更高（√s可达140 GeV）、Q²更大，它的主战场是低x区的胶子物理和饱和效应。EicC能量低，恰恰因为海夸克区才是它的主场。同一套物理，EicC在低Q²下对非微扰结构更敏感，对自旋-轨道关联更敏感。近阈值Υ的光生，在EicC的16.75 GeV能区截面适中，一年能攒480到850个事件，用来做QCD迹反常和质子质量分解，比JLab用J/ψ做的更干净。一份中科大CICPI的对比报告直接说：美国EIC选了高能方案，给EicC留下了大量可发挥的空间。国际学界的主流判断是互补，不是竞争。

中国团队的组织结构也已经成型。近物所的夸克物质研究中心是主导，许怒（近物所副所长）任项目负责人，陈旭荣管物理，梁羽铁管探测器——他是2009年北大博士、在德国吉森大学做了九年博士后（BESIII和PANDA），2018年回国。杨建成是HIAF总工程师。山东大学青岛是事实上的协作枢纽：2024年8月办第八届概念设计报告研讨会，2026年4月19到22日办了第一届EicC物理年会，近百人参加，赵红卫、邹冰松、梁作堂三位院士到场。俄罗斯新西伯利亚的BINP跟近物所有长期的冷却器技术渊源——它曾为中国反应堆CSR做过电子冷却器——EicC的冷却方案直接受益于这条线的积累。

把所有的线头放在一起看，EicC的故事可以用一句话概括：沿着一条已经验收的加速器，向上生长出下一代对撞机。HIAF是物理资产，更是政治资产——在中国高能物理的旗舰项目CEPC暂时搁浅的当口，一个依托已建成装置、成本低一个量级、物理目标清晰的升级方案，天然站在顺位。但这张路线图上有三个悬而未决的问题。时间窗口在收窄，最关键的判断依据——美国EIC 2034年出数据——在绝大多数内部报告里几乎没有被讨论。ERL冷却的技术风险是全球性的，没有捷径。还有一笔还没理清的账：CDR到底什么时候公开发布、国际评审到底进行到哪一步——公开可查的只有2021年白皮书那9位专家评审，其余的细节，连我们这种专门做核实的搜索都找不到官方记录。

窗口正在收窄，但海夸克物理的图像没有人能取代。未来五年的立项节奏，将决定EicC是成为与EIC互补的独立旗舰，还是后发同质化的追赶者。

*参考文献*

  1. D.P. Anderle et al. (EicC Working Group), "Electron-Ion Collider in China", *Frontiers of Physics* 16, 64701 (2021), arXiv:2102.09222.
  1. EicC Collaboration, "A Plan for Electron Ion Collider in China", arXiv:1809.00448 (2018).
  1. 曹须、陈旭荣等, 《中国极化电子离子对撞机（EicC）物理及探测器设计研究》, 《核技术》43, 020001 (2020).
  1. 《中国极化电子离子对撞机计划》, 《核技术》43, 020001 (2020)（中文白皮书）.
  1. Y.-Y. Huang, X. Cao, T. Feng, K. Kumerički, Y. Lu, "Assessing the impact of the Electron-Ion Collider in China on deeply virtual Compton scattering", *Chin. Phys. C* 50, 053110 (2026), DOI 10.1088/1674-1137/ae457e, arXiv:2512.19145.
  1. Z. Lu, Z. Yu, T. Lin, Y.-T. Liang, R. Wang, W. Chang, W. Xiong, "Feasibility study of pion and kaon structure via the Sullivan process at the EicC", *Phys. Rev. D* 113, 114002 (2026), arXiv:2512.01720.
  1. G. Xie, C. Han, R. Wang, X. Chen, "Tackling the kaon structure function at EicC", *Chin. Phys. C* 46, 064107 (2022).
  1. Y. Xie et al., "Estimation of Υ(1S) production in ep process near threshold", *Eur. Phys. J. C* 80, 283 (2020).
  1. Y.-B. Yang, J. Liang, Y.-J. Bi, Y. Chen, T. Draper, K.-F. Liu, Z. Liu (χQCD), "Proton Mass Decomposition from the QCD Energy Momentum Tensor", *Phys. Rev. Lett.* 121, 212001 (2018), arXiv:1808.08677.
  1. S. Yang, D.-M. Li et al., "The Sivers asymmetry in charged Kaon and Λ hyperon produced SIDIS process at electron ion colliders", *Eur. Phys. J. C* 83, 1148 (2023), arXiv:2303.09015.
  1. C. Zeng, T. Liu, P. Sun, Y. Zhao, "Toward three-dimensional nucleon structures at the Electron-Ion Collider in China: A study of the Sivers function", *Phys. Rev. D* 106, 094039 (2022), arXiv:2208.14620.
  1. "Determining the helicity structure of the nucleon at the Electron Ion Collider in China", arXiv:2103.10276.
  1. C. Li, "QED background-field corrections in EicC and EIC kinematics", arXiv:2511.14800 (2025).
  1. X. Li et al., "Conceptual Design of PID Detectors for the EicC Spectrometer", arXiv:2605.23621 (2026).
  1. X. Li, "Conceptual design of the DIRC detector for EicC experiment", *JINST* 20, C06073 (2025).
  1. "Design and Performance Simulation of the Electromagnetic Calorimeter at EicC", arXiv:2512.04432 (2025).
  1. 马伏、冒立军、赵贺、刘杰、申国栋、杨建成, 《EicC束流冷却方案设计与模拟》, 《原子核物理评论》40(1), 36-44 (2023), DOI 10.11804/NuclPhysRev.40.2022029.
  1. X. Yang, Q.-X. Zhao et al., "Preliminary physical design and simulation study of an ERL for electron cooling at EicC", ChinaXiv:202604.00227 (2026).
  1. "Simulation study of the electron cloud effect in EicC proton ring", ChinaXiv:202602.00176 (2026).
  1. 中科院近代物理研究所, "HIAF通过工艺验收" (2026年7月21日), https://www.imp.cas.cn/ttxw2017/202607/t20260721_8252675.html.
  1. 中科院新闻, "强流重离子加速器装置建成投入试运行" (2026年7月), https://www.cas.cn/cm/202607/t20260723_5116235.shtml.
  1. J. Yang, "From HIAF to EicC", SPIN2025, https://indico.ihep.ac.cn/event/22189/.
  1. 赵红卫等, 《从HIAF到CNUF（下）》, 微信公众号文章 (2026).
  1. "EicC总体进展和加速器设计报告", USTC indico, https://indico.pnp.ustc.edu.cn/event/1527/.
  1. 第一届中国电子离子对撞机相关物理年会（2026年4月19-22日, 山东大学青岛校区）会议报道, https://frontier.qd.sdu.edu.cn/info/1010/9372.htm.
  1. 第八届EicC概念设计报告研讨会（2024年8月, 山东大学青岛）会议报道, https://frontier.qd.sdu.edu.cn/info/1010/8297.htm.
  1. BNL Newsroom, "DOE approves next phase funding for Electron-Ion Collider" (CD-3B, 2026-02-06), https://www.bnl.gov/newsroom/news.php?a=122807.
  1. "RHIC Era Ends: 25 Years of Particle Research at Brookhaven Laboratory", heise.de (2026-02-06).
  1. INFN, "The Electron-Ion Collider also speaks Italian" (ePIC timeline), https://www.infn.it/en/the-electron-ion-collider-also-speaks-italian/.
  1. O. Brüning et al., "Accelerator R&D roadmap for particle physics — Energy Recovery Linacs", *Frontiers in Physics* 10, 886473 (2022).
  1. EIC CD-3A Review Report (cooling risk), https://indico.bnl.gov/event/21787/.
  1. CICPI对比报告, "EicC vs EIC", http://cicpi.ustc.edu.cn/indico/.
  1. AAPPS Bulletin, "Towards electron-ion collider project from Asia", 25, 2025.
  1. 国家发改委, "透视109项重大工程" (2026年6月), https://www.ndrc.gov.cn/wsdwhfz/202606/t20260601_1405601.html.
  1. 中国新闻周刊, "中国的大对撞机，何时能成？"（CEPC与"十五五"，2025年12月）.
  1. E. Eskola, P. Paakkinen, H. Paukkunen, C.A. Salgado, "EPPS21: nuclear PDFs with more heavy flavor data", *Eur. Phys. J. C* 82, 413 (2022).