1、帶你走進(jìn)微觀粒子的奇妙世界在高能物理研究領(lǐng)域，BEPC是陶一粲物理能區(qū)最先進(jìn)的正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)，實(shí)時(shí) 觀測(cè)基本粒子對(duì)撞產(chǎn)生的碎片”，研究、探索粒子的性質(zhì)和相互作用規(guī)律，發(fā)現(xiàn) 新粒子。與此同時(shí)，這個(gè)大科學(xué)裝置還在生物、材料、物理、化學(xué)、環(huán)境、能源 等科學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用一片灰色低矮的樓房格外靜謐，很難想象這里就是北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)（BEPC） 國(guó)家實(shí)驗(yàn)室。我國(guó)第一臺(tái)大科學(xué)裝置一一北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)坐落于中科院高能 物理所，一年當(dāng)中有10個(gè)月在高速運(yùn)轉(zhuǎn)，目標(biāo)是尋找物質(zhì)深層次的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn) 新粒子，探索宇宙的奧秘。這是全世界物理學(xué)家共同的追求，誰能發(fā)現(xiàn)新物理、 新現(xiàn)象和新粒子，誰便是最大的贏家。高能

2、物理專家告訴我們，因?yàn)檎趫?zhí)行一年一度的任務(wù)一一利用對(duì)撞機(jī)產(chǎn)生的同 步輻射光開展多學(xué)科的研究，此時(shí)位于地下的儲(chǔ)存環(huán)隧道大門緊閉，操作人員在 樓上的監(jiān)控室內(nèi)緊盯運(yùn)行狀態(tài)。在科學(xué)家們看來，對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的每一個(gè)重大突破都會(huì)對(duì)社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生重大影 響。而對(duì)撞機(jī)等加速器的問世，開創(chuàng)了粒子物理的新紀(jì)元。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類對(duì)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)知從分子、原子、原子核層次，逐 步深入到更小的結(jié)構(gòu)單元一一輕子和夸克。已知的這些基本粒子是否是物質(zhì)的 最小單元，是否還有新粒子存在，它們的質(zhì)量幾何、有啥特性.揭開這些謎題， 一方面需要能產(chǎn)生極高能量的加速器將這些微小粒子打碎，進(jìn)一步研究其微觀結(jié) 構(gòu)；另一方面，尋找新粒

3、子的任務(wù)，也有賴于這一抓捕工具。超級(jí)粒子大炮”，是科學(xué)家們送給北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的外號(hào)，它由4個(gè)部分組 成：電子注入器、儲(chǔ)存環(huán)、大型粒子探測(cè)器北京譜儀、同步輻射裝置，從沙盤上 看，外形像一只碩大的羽毛球拍。作為見證者，專家在這座地下迷宮已工作了 30年。他告訴記者，球拍的直柄部 分是注入器，在這里，電子槍發(fā)射的正負(fù)電子束流，經(jīng)一臺(tái)202米長(zhǎng)的直線加速 器被加速到1.11.89GeV（1GeV=10億電子伏特）。球拍的圓形部分是儲(chǔ)存環(huán)， 這是一臺(tái)周長(zhǎng)為240米的環(huán)形加速器，它將正負(fù)電子束流加速到光速，并加以儲(chǔ) 存。球拍的頂端是對(duì)撞機(jī)的心臟部位一一北京譜儀，在這里，正負(fù)電子束流按相 反的方向以每秒

4、125萬圈的速度狂奔，并聚焦到大小只有頭發(fā)絲十分之一左右的 空間內(nèi)對(duì)撞，巨型機(jī)器猶如幾萬只眼睛，實(shí)時(shí)觀測(cè)基本粒子對(duì)撞產(chǎn)生的“碎 片一一次級(jí)粒子，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析、研究，探索這些粒子的性質(zhì)和相互作用規(guī)律，便有可能 觀測(cè)到新現(xiàn)象和發(fā)現(xiàn)新粒子。北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)呱呱墜地的那個(gè)秋天，對(duì)于86歲的專家來說，仿佛還是昨 天的事，“BEPC正式建成，從此，我國(guó)有了第一臺(tái)大科學(xué)裝置。在專家的記憶里，北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)是在七上七下的挫折中誕生的。我國(guó) 1958年就設(shè)計(jì)出20億電子伏電子同步加速器，但在當(dāng)時(shí)的形勢(shì)下，這一設(shè)計(jì)因 保守落后被否。I960年5月，科學(xué)家完成了螺旋線回旋加速器的初步設(shè)

5、計(jì)， 由于經(jīng)濟(jì)困難，方案3年后被取消。1969年，科學(xué)家又提出了建造強(qiáng)流直線加 速器用于探索、研究、生產(chǎn)核燃料的計(jì)劃，可是計(jì)劃在與另兩個(gè)方案的爭(zhēng)論中無 疾而終.1981年5月，中科院高能所在國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者的建議和意見的基礎(chǔ)上，提出了 第8個(gè)方案一一建造束流能量為22億電子伏的正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)。1984年10月7 日，鄧小平同志為北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)工程奠基鏟下第一鍬土。為何是22億電子伏？ 一般來說，不同類型和不同能量的高能加速器服務(wù)于不同 目的的粒子物理實(shí)驗(yàn)，每臺(tái)加速器一般只能在一定能區(qū)工作，進(jìn)行特定的物理研 究。尤其是對(duì)撞機(jī)，能量可調(diào)的范圍很小，能量高的對(duì)撞機(jī)并不能代替能量低的 對(duì)撞機(jī)。之所以

6、選擇2x22億電子伏正負(fù)電子對(duì)撞的能區(qū)，專家解釋，電子束的能量不同 時(shí)，對(duì)撞產(chǎn)生的粒子也不同。1.55GeV的正負(fù)電子束對(duì)撞時(shí)，會(huì)產(chǎn)生J/Psi粒子（由 粲夸克組成的一種粲粒子）；1.78GeV的正負(fù)電子束對(duì)撞時(shí)，產(chǎn)生陶輕子（輕子 的一種，電子也是一種輕子）。通過控制對(duì)撞的電子束流的能量，BEPC就可以 研究這兩種不同的粒子。這兩種粒子是BEPC的主要研究對(duì)象，它們所在的能量 區(qū)域?qū)儆谔找霍游锢砟軈^(qū)，是物理研究的富礦。不僅如此，BEPC的投資較相同能區(qū)的質(zhì)子加速器要小得多，還可以“一機(jī)兩 用一一高速運(yùn)轉(zhuǎn)的正負(fù)電子在軌道轉(zhuǎn)彎時(shí)會(huì)發(fā)出同步輻射光，這種光具有強(qiáng)度 大、高度準(zhǔn)直等優(yōu)點(diǎn)，可以用于開展多學(xué)

7、科的應(yīng)用研究。事實(shí)證明，這一選擇沒有錯(cuò)。1992年，用于探測(cè)并記錄正負(fù)電子對(duì)撞全過程的 北京譜儀，精確測(cè)量出粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型中的T輕子質(zhì)量，修正了以前的實(shí)驗(yàn)結(jié) 果，至今仍是世界上最為精確的測(cè)量之一。2013年3月，該裝置發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的共振結(jié)構(gòu)Zc（3900），極有可能是科學(xué)家 們長(zhǎng)期尋找的“四夸克物質(zhì)。這一成果一經(jīng)發(fā)布立即引發(fā)世界實(shí)驗(yàn)和理論物理研 究熱潮，入選美國(guó)物理雜志公布的2013年物理學(xué)領(lǐng)域十一項(xiàng)重要成果，并 位列榜首。除了“高大上的基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，BEPC還在生物、材料、物理、化學(xué)、環(huán)境、能 源等科學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。如今人們觸手可及的互聯(lián)網(wǎng)也與BEPC有著密不可分的聯(lián)系。1986年

8、我國(guó)建成第 一條國(guó)際計(jì)算機(jī)通信線路，1993年建成第一根國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)專線，之后，建立中 國(guó)第一個(gè)萬維網(wǎng)（WWW）網(wǎng)站.這一切都和BEPC直接相關(guān)。斗轉(zhuǎn)星移，如今BEPC已走過了 30個(gè)年頭。在BEPC運(yùn)行研究的陶一粲物理能區(qū)，曾經(jīng)有個(gè)強(qiáng)勁的對(duì)手一一美國(guó)康奈爾大學(xué)。但是，BEPC憑借優(yōu)異的表現(xiàn)和升級(jí) 改造打敗了它，成為目前該能區(qū)世界唯一也是最先進(jìn)的正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)。欣喜之余亦有隱憂。專家說，在高能物理研究領(lǐng)域，只有第一沒有第二，每個(gè)國(guó) 家的加速器都有自己的實(shí)驗(yàn)?zāi)軈^(qū)，一旦同一個(gè)能區(qū)有了競(jìng)爭(zhēng)者，最終只能有一個(gè) 勝出。未來，BEPC壽終正寢，中國(guó)高能物理何去何從？瞄準(zhǔn)世界物理最前沿?zé)狳c(diǎn)一一 希格斯玻色子粒子研究，規(guī)劃建設(shè)更高能量的新一代對(duì)撞機(jī)環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī) （CEPC），這是中國(guó)高能物理學(xué)家們的新目標(biāo)。專家說，研究希格斯粒子，是通 向更深層次物理的鑰匙，正好給我國(guó)的高能物理發(fā)展提供了一個(gè)趕超、領(lǐng)先的絕 佳機(jī)遇。一旦環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)建成，中國(guó)將成為全球高能物理研究