北京正負電子對撞機:對撞30年

  • 2018-11-22 17:06
  • 來源: 光明日報

  20世紀80年代,建設中的BEPC。資料圖片

  BEPCⅡ的儲存環雙環。資料圖片

  北京正負電子對撞機工程(BEPC)剛剛過了它的30歲生日。曾為BEPC作出重要貢獻的諾貝爾物理學獎得主李政道教授專門發來賀信:“熱烈祝賀北京正負電子對撞機建成30周年,這是中國在國際高能物理領域佔一席之地並取得一係列重大成果的30年。衷心祝願祖國科學家利用對撞機作出更多世界一流的成果,在粲物理和τ輕子研究方面繼續保持國際領先地位,為人類探索物質結構的奧秘作出更大的貢獻。”

  中國科學院院士、中科院高能物理所所長王貽芳感慨:“今天看來,建造BEPC是當時所能做的最好選擇,它讓中國在國際高能物理領域佔領一席之地,培養了一支具有國際水平的隊伍,也推動了國內其他大科學裝置的建設。”

  在“七上七下”中誕生

  世界是由一些基本粒子組成的,最常見的粒子“抓捕”工具就是加速器和對撞機——用加速器把某種粒子加速到高能,轟擊一個固定的靶位,與組成靶的粒子相互作用,就可能發現新的基本粒子。

  20世紀50年代,歐美已相繼建設了各類高能加速器,但中國仍是一片空白。一個“建立中國自己的加速器和對撞機”的想法由此被提出,中科院高能物理所原所長方守賢院士回憶,北京正負電子對撞機在“七上七下”中誕生。

  在蘇聯專家的指導下,中國在1958年就已設計出了20億電子伏電子同步加速器。但當時這一設計因“保守落後”被否。1960年5月,中國科學家完成了螺旋線回旋加速器的初步設計方案,又因經濟困難被取消。1965年,中國科學家第四次提出了建造質子同步加速器的方案,卻又因故暫停。1969年,中國科學家提出建造強流直線加速器用于探索、研究、生産核燃料的計劃,可是計劃在與另兩個方案的爭論中無疾而終。1972年,在18位中國科學家聯名上書中央後,國務院批準了“七五三”工程,計劃10年內建造一臺400億電子伏質子同步加速器。然而計劃卻再度擱淺。1977年,“八七工程”誕生,計劃投資7億元人民幣,在1987年建成4000億電子伏質子同步加速器。可1980年年底,國民經濟調整,方案又一次下馬。

  直到1981年12月,鄧小平同志批示:“我讚成加以批準,不再猶豫。”就這樣,BEPC終于提上了議事日程,並于1988年10月24日在中科院高能所建造成功,成為中國第一臺高能加速器。

  助推我國高能物理走上世界舞臺

  位于北京玉泉路的BEPC從外形上看,就像一個巨大的羽毛球拍。它由注入器、儲存環、北京譜儀和同步輻射裝置四大部分組成,佔地5萬平方米。憑借這一平臺,我國高能物理走上世界舞臺。

  王貽芳介紹,BEPC是當時國際上τ-粲物理能區性能最好的對撞機。它卓越的性能令中國能獨立設計建造加速器、探測器並開展物理實驗研究,中國由此在2-5GeV(1GeV=10億電子伏特)能區的τ物理、粲物理、粲偶素、量子色動力學檢驗等方面逐步走在了世界前列。

  2004年至2009年,北京正負電子對撞機的重大改造工程(BEPCⅡ)啟動實施並順利完成。中科院高能所原所長、BEPC國家實驗室主任陳和生院士指出,BEPCⅡ的成功使中國高能物理在加速器和探測器技術上又實現了跨越式發展,保持發展了中國在粲物理方面的國際領先優勢。

  30年來,以BEPC為基礎,中科院高能所開拓了中微子研究領域,利用大亞灣反應堆中微子實驗發現了中微子新的振蕩模式,並開始了江門中微子實驗的建設;中國在高海拔和空間宇宙線實驗、暗物質探測、X射線天體物理研究等方面也取得長足的進步,“慧眼”衛星得以遨遊太空。此外,在BEPC的技術帶動下,北京同步輻射裝置、蘭州重離子加速器、合肥同步輻射加速器等大型加速器在全國相繼建成。

  不僅如此,BEPC和BEPCⅡ還帶動了高穩定電源、高性能磁鐵、精密機械、計算機自動控制等高新技術的發展,這些技術的産業化對我國廣播通信、航空、醫療等領域都作出了重要貢獻。

  站在BEPC的肩膀上,新一代對撞機——環形正負電子對撞機(CEPC)已完成概念設計,並獲國際評審認可,預研工作全面展開。據介紹,CEPC建成後,中國或將成為全球高能物理研究的中心。它也將是全球唯一的超高能同步輻射光源,在核物理、國防、材料、微加工等諸多方面具有廣泛的應用。

  “21世紀的粒子物理面臨暗物質和暗能量的嚴峻挑戰,處于歷史性重大突破的前夜。”陳和生説,中國粒子物理發展戰略必須認真考慮國家科技發展戰略、國際粒子物理發展趨勢及可能的突破口,發揮中國在相關領域的隊伍、技術、資源和地理優勢,並廣泛開展國際合作,“中國粒子物理實驗學家應當為此作出中華民族應有的貢獻”。(記者 楊舒)

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責任編輯:楊騰格爾

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