小粒子為中國“撞”出世界領先!

鳥瞰玉泉路,一座外型像一隻羽毛球拍的建築,藏身在一片靜謐的灰色樓房後,它正是我國第一臺大科學裝置——

北京正負電子對撞機(BEPC)。它所在的“北京正負電子對撞機國家實驗室”在2019年被命名為全國愛國主義教育示範基地


或許你對北京正負電子對撞機不太瞭解,但它的提出、建成、升級,每一個過程都代表著我國高能物理的發展,它見證了我國在粲物理領域達到國際領先的地位。


小粒子為中國“撞”出世界領先!


命運多舛的中國加速器


到底是什麼是對撞機?這個坐落在地下的龐然大物到底是做什麼的?科學家用它發現了什麼?


簡單來說,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。科學家們用加速器把某種粒子加速到接近光速,轟擊一個固定的靶位,當加速的粒子與靶位上的粒子發生“對撞”(即相互作用),就有可能發現新的基本粒子。用這種方式,科學家們便可探索微觀世界的奧秘。


而這也是全世界物理學家共同的追求,誰先發現新物理、新現象和新粒子,誰便是最大的贏家。


在20世紀50年代,美、蘇、歐等少數工業發達的國家和地區開始大力籌建高能加速器。而中國在這個領域,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。


然而從一個想法,到真正建成北京正負電子對撞機,我國加速器的建成經歷了頗為波折的命運。


小粒子為中國“撞”出世界領先!

北京正負電子對撞機的儲存環分總體

在蘇聯專家的指導下,在1958年,中國就已設計出了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迴旋加速器的初步設計方案,又因經濟困難被取消……


“從一九五六年起,高能物理工作,五起五落……高能物理實驗幾乎一片空白,高能物理研究則全是依靠外國的實驗數據……”1972年9月,18位科學家聯名上書中央後,國務院批准了“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。


終於,在1981年12月,鄧小平批示:“這項工程已進行到這個程度,不宜中斷,我贊成加以批准,不再猶豫。”就這樣,北京正負電子對撞機終於提上了議事日程。1983年4月,經國務院批准,北京正負電子對撞機方案上馬,計劃4年完成。12月,黨中央、國務院將其列入國家重點工程項目,代號8312工程。


小粒子為中國“撞”出世界領先!

20世紀80年代,建設中的北京正負電子對撞機


成功運行助中國走上世界舞臺


彙集全國力量,北京正負電子對撞機開工了。隨著磁鐵、高頻機、調速管、調製器等高難度專用設備試製成功,所有人對其建成更有信心。但依然存在很多問題,能否按期完成?建成後能否達到預期目標?能否實現穩定運行?


所有人的疑問和焦慮,都在1988年10月16日得到了完美的答案。北京正負電子對撞機在這天首次實現正負電子對撞,成功達到設計預期亮度(指對撞機主要性能),成為當時J/Ψ粒子能區(粒子能量的區域)性能最好的加速器。


憑藉這座佔地5萬平方米的“大羽毛球拍”,我國高能物理走上世界舞臺。而北京正負電子對撞機BEPC並不是沒有競爭對手,2000年美國康奈爾大學正負電子對撞機CESR降能至粲物理能區,並且提出了改造方案——要比BEPC設計亮度還要高的CESRc。


中國接受挑戰,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。建成後的BEPCII,亮度為CESRs的14倍以上,成為國際上最先進的雙環對撞機之一。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,繼續保持中國在粲物理方面的國際領先優勢。


小粒子為中國“撞”出世界領先!

北京正負電子對撞機的同步輻射分總體

宇宙線實驗、暗物質探索、X射線天體物理研究……三十多年來,以北京正負電子對撞機為基礎,中國在多項科研領域也取得了長足的進步。此外,在北京正負電子對撞機的技術帶動下,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。


而這項工程帶來的好處不止於高能物理領域。由於國際合作需要建立一條Internet專線來傳輸實驗數據以及各種信息,九十年代中國科學院高能物理所架設了第一臺服務器,我國第一個WWW網站就此誕生。


北京正負電子對撞機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,這些技術的產業化對我國廣播通信、航空、醫療等領域都作出了重要貢獻。


小粒子為中國“撞”出世界領先!

2013年5月20日,北京科技周主場活動上,工作人員在給學生介紹電子對撞機模型


北京正負電子對撞機,從建設、運行、成果,真正實現了“中國必須發展自己的高科技,在世界高科技領域佔有一席之地”。


自1988年北京正負電子對撞機第一次對撞成功的那一刻起,中國就進入了高能物理實驗研究的科技先進國家之列,並且在多個領域領跑世界。跨越幾十年,我國幾代物理學家的夢想終於得以實現。


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