北京正负电子对撞机:对撞30年

2018-11-22 光明日报

  北京正负电子对撞机工程(BEPC)刚刚过了它的30岁生日。曾为BEPC作出重要贡献的诺贝尔物理学奖得主李政道教授专门发来贺信:“热烈祝贺北京正负电子对撞机建成30周年,这是中国在国际高能物理领域占一席之地并取得一系列重大成果的30年。衷心祝愿祖国科学家利用对撞机作出更多世界一流的成果,在粲物理和τ轻子研究方面继续保持国际领先地位,为人类探索物质结构的奥秘作出更大的贡献。”

  中国科学院院士、中科院高能物理所所长王贻芳感慨:“今天看来,建造BEPC是当时所能做的最好选择,它让中国在国际高能物理领域占领一席之地,培养了一支具有国际水平的队伍,也推动了国内其他大科学装置的建设。”

  在“七上七下”中诞生

  世界是由一些基本粒子组成的,最常见的粒子“抓捕”工具就是加速器和对撞机——用加速器把某种粒子加速到高能,轰击一个固定的靶位,与组成靶的粒子相互作用,就可能发现新的基本粒子。

  20世纪50年代,欧美已相继建设了各类高能加速器,但中国仍是一片空白。一个“建立中国自己的加速器和对撞机”的想法由此被提出,中科院高能物理所原所长方守贤院士回忆,北京正负电子对撞机在“七上七下”中诞生。

  在苏联专家的指导下,中国在1958年就已设计出了20亿电子伏电子同步加速器。但当时这一设计因“保守落后”被否。1960年5月,中国科学家完成了螺旋线回旋加速器的初步设计方案,又因经济困难被取消。1965年,中国科学家第四次提出了建造质子同步加速器的方案,却又因故暂停。1969年,中国科学家提出建造强流直线加速器用于探索、研究、生产核燃料的计划,可是计划在与另两个方案的争论中无疾而终。1972年,在18位中国科学家联名上书中央后,国务院批准了“七五三”工程,计划10年内建造一台400亿电子伏质子同步加速器。然而计划却再度搁浅。1977年,“八七工程”诞生,计划投资7亿元人民币,在1987年建成4000亿电子伏质子同步加速器。可1980年年底,国民经济调整,方案又一次下马。

  直到1981年12月,邓小平同志批示:“我赞成加以批准,不再犹豫。”就这样,BEPC终于提上了议事日程,并于1988年10月24日在中科院高能所建造成功,成为中国第一台高能加速器。

  助推我国高能物理走上世界舞台

  位于北京玉泉路的BEPC从外形上看,就像一个巨大的羽毛球拍。它由注入器、储存环、北京谱仪和同步辐射装置四大部分组成,占地5万平方米。凭借这一平台,我国高能物理走上世界舞台。

  王贻芳介绍,BEPC是当时国际上τ-粲物理能区性能最好的对撞机。它卓越的性能令中国能独立设计建造加速器、探测器并开展物理实验研究,中国由此在2-5GeV(1GeV=10亿电子伏特)能区的τ物理、粲物理、粲偶素、量子色动力学检验等方面逐步走在了世界前列。

  2004年至2009年,北京正负电子对撞机的重大改造工程(BEPCⅡ)启动实施并顺利完成。中科院高能所原所长、BEPC国家实验室主任陈和生院士指出,BEPCⅡ的成功使中国高能物理在加速器和探测器技术上又实现了跨越式发展,保持发展了中国在粲物理方面的国际领先优势。

  30年来,以BEPC为基础,中科院高能所开拓了中微子研究领域,利用大亚湾反应堆中微子实验发现了中微子新的振荡模式,并开始了江门中微子实验的建设;中国在高海拔和空间宇宙线实验、暗物质探测、X射线天体物理研究等方面也取得长足的进步,“慧眼”卫星得以遨游太空。此外,在BEPC的技术带动下,北京同步辐射装置、兰州重离子加速器、合肥同步辐射加速器等大型加速器在全国相继建成。

  不仅如此,BEPC和BEPCⅡ还带动了高稳定电源、高性能磁铁、精密机械、计算机自动控制等高新技术的发展,这些技术的产业化对我国广播通信、航空、医疗等领域都作出了重要贡献。

  站在BEPC的肩膀上,新一代对撞机——环形正负电子对撞机(CEPC)已完成概念设计,并获国际评审认可,预研工作全面展开。据介绍,CEPC建成后,中国或将成为全球高能物理研究的中心。它也将是全球唯一的超高能同步辐射光源,在核物理、国防、材料、微加工等诸多方面具有广泛的应用。

  “21世纪的粒子物理面临暗物质和暗能量的严峻挑战,处于历史性重大突破的前夜。”陈和生说,中国粒子物理发展战略必须认真考虑国家科技发展战略、国际粒子物理发展趋势及可能的突破口,发挥中国在相关领域的队伍、技术、资源和地理优势,并广泛开展国际合作,“中国粒子物理实验学家应当为此作出中华民族应有的贡献”。

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