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【科学网】北京正负电子对撞机30年:荣光背后 往事坎坷
2018-10-21|文章来源:中国科学报 倪思洁 |【
 

  1988年10月24日,位于北京市玉泉路的新葡萄娱乐在线网站高能物理所(以下简称澳门新葡萄京赌场新葡萄娱乐在线网站)的大院突然热闹起来,这一天,中国第一台高能加速器、第一台大科学装置——北京正负电子对撞机(BEPC)宣布建造成功!

  如今,BEPC走过了三十个年头。

  “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卅年,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妙作出更大贡献。”华裔物理学家、诺贝尔物理学奖获得者李政道在祝贺BEPC建成三十周年的信中写到。

李政道先生为北京正负电子对撞机三十周年发来贺信(高能物理所供图)

  诞生前的“七上七下”

  在澳门新葡萄京赌场新葡萄娱乐在线网站原所长、新葡萄娱乐在线网站院士方守贤的记忆中,中国的第一台高能加速器是在“七上七下”的挫折中诞生的。

  在前苏联专家的引导下,中国在1958年就已设计出了20亿电子伏电子同步加速器。但在大跃进形势下,这一设计因“保守落后”被否。

  此后,原先的方案被修改为建造150亿电子伏质子同步加速器,却又受到苏联专家“冷遇”,苏联专家认为,中国只能在苏联原有的70亿电子伏加速器技术上加以修补。这种说法遭到了中国设计人员的抵制。

  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,可当时国内遭遇经济困难,方案在三年后就被取消。

  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,却又被文革风浪摧折。

  1969年,为了服务国防建设,中国科学家提出了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,由于“四人帮”的破坏,计划再度搁浅。

  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年底,国民经济调整,方案又一次下马。

  “命途多舛”的高能加速器方案走到了1981年。这一年,世界加速器已经发展了近半个世纪。这年5月,澳门新葡萄京赌场新葡萄娱乐在线网站在国内外专家学者的建议和意见的基础上,提出了第八个方案——建造加速能量为22亿电子伏的正负电子对撞机。

  当年12月,邓小平同志批示:“我赞成加以批准,不再犹豫。”

  1984年10月7日,在一片锣鼓声中,邓小平同志手持铁锹,为BEPC工程奠基铲下第一锹土,他发出号召:“大家的加速器,必须保证如期甚至提前完成。”

1984年10月7日,邓小平同志为北京正负电子对撞机奠基(澳门新葡萄京赌场新葡萄娱乐在线网站供图)

  对撞机的建造和升级

  中国要用四年多时间建成正负电子对撞机的消息很快传遍全球,连加速器都没做过的中国,竟然要“一步登顶”造出一台对撞机。

  每一丝的质疑和压力,都推动着工程研制人员更加拼命。他们与时间和极限比拼,终于在1988年10月16日实现了正负电子束的首次对撞。

 

第一根加速管运往安装现场(澳门新葡萄京赌场新葡萄娱乐在线网站供图)

工人们正在仔细安装电子直线加速器第一节加速管(澳门新葡萄京赌场新葡萄娱乐在线网站供图)

  1988年10月24日,邓小平同志在BEPC建成典礼上说:“过去也好,今天也好,未来也好,中国必须发展自己的高科技,在世界高科技领域占有一席之地。”

  1992年,用于探测并记录正负电子对撞全过程的北京谱仪,精确测量出粒子物理标准模型中的τ轻子质量,修正了以前的实验结果,至今仍是世界上最为精确的测量之一。

精确测量出τ轻子质量(澳门新葡萄京赌场新葡萄娱乐在线网站供图)

  建成的BEPC还实现了“一机两用”,在对撞正负电子,研究粒子物理基础问题的同时,还建立起向社会开放的大型公共科研设施——北京同步辐射装置,为国家社会发展中的重大需求项目提供技术支撑。

  凭借着BEPC的平台,我国高能物理走上了世界的舞台。

  但是,由于BEPC是一台单个储存环的对撞机,储存环里只有一对正负电子束进行对撞,装置的对撞亮度难以提高。

  为了保持我国在国际高能物理领域的一席之地,澳门新葡萄京赌场新葡萄娱乐在线网站原所长、新葡萄娱乐在线网站院士陈和生等科学家开始酝酿BEPC的升级计划。他们最终决定采用双

第三代北京谱仪(BESIII)(澳门新葡萄京赌场新葡萄娱乐在线网站供图)

  “在国家的大力支撑下,大家制订了中国高能物理发展战略,依靠全所同事的齐心努力,实现了BEPC到BEPCII的发展。”陈和生说。

  2004年初,BEPCII开工建设,2009年7月通过国家验收。“这是中国高能物理实验研究的又一次重大飞跃,为中国在粲物理研究和τ轻子高能研究方面,继续在国际上居于领先地位打下了坚实的基础。”李政道如是评价。

  当时BEPCII的竞争对手——美国康奈尔大学CESR-c项目的负责人赖斯教授也表示:“大家期待来自BESIII的一系列重要的物理发现。”

2016年BEPCII对撞亮度达到改造前的100倍(澳门新葡萄京赌场新葡萄娱乐在线网站供图)

  大科学装置的“聚宝盆”

  正如李政道先生和赖斯教授期待的那样,BEPCII和BESIII带来了让世界瞩目的成果。

  2013年3月,BESIII合作组宣布发现了一个新的共振结构Zc(3900),极有可能是科学家们长期寻找的“四夸克物质”。这一成果一经发布马上引发世界实验和理论物理研究热潮,入选美国《物理》杂志公布的2013年物理学领域十一项重要成果,并位列榜首。

  “BEPC能够保持和发展一席之地,十分不易。回忆过去,值得大家怀念和自豪。在BEPC的基础上不断创新,大家应当把高能物理、同步辐射和加速器推向新的高峰。”方守贤说。

  回忆过去的日子,澳门新葡萄京赌场新葡萄娱乐在线网站所长、新葡萄娱乐在线网站院士王贻芳感慨:“澳门新葡萄京赌场新葡萄娱乐在线网站的发展与BEPC密不可分,今天看来,建造BEPC是当时所能作的最好选择, 它让新葡萄娱乐在线网站获得了长达30多年的发展空间,助力新葡萄娱乐在线网站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。”

  站在BEPC肩膀上迈向世界的新葡萄娱乐在线网站,如今正瞄准新的世界物理前沿热点——希格斯粒子研究,并规划建设中国的新一代对撞机——环形正负电子对撞机(CEPC)。

今年9月,CEPC物理与探测器概念设计报告国际评审会召开,标志着CEPC设计工作进入新阶段

(图片来源:澳门新葡萄京赌场新葡萄娱乐在线网站官网)

  “基本方案是在2022年到2028年建成电子对撞机CEPC,使它成为一个周长100公里的希格斯工厂,加速能量达到2400亿电子伏;2035年至2042年,同一隧道可以考虑二期升级,将CEPC升级为质子对撞机(SppC),能量达到100万亿电子伏。”王贻芳说。

  他先容,目前CEPC概念设计已经完成,并获国际评审认可,经费基本到位,已经全面展开预研工作,而且项目成立了产业促进会,推动产业界合作共赢,将有望打破超导高频腔、速调管等关键技术的国际封锁。

  长期积累的大科学装置研制、运营经验,也让新葡萄娱乐在线网站成了大科学装置的“聚宝盆”。这些年,新葡萄娱乐在线网站建成了大亚湾反应堆中微子实验项目、中国散裂中子源等平台,已经开始或即将建设江门中微子实验、高海拔宇宙线观测站、 阿里原初引力波实验观测站、高能同步辐射光源等大科学装置。

  “未来,大家的目标是成为国际一流的高能物理研究中心,成为大型综合性多学科研究基地。”王贻芳说。(完)


 
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