北京正負(fù)電子對撞機(jī)：對撞30年 推動(dòng)了國內(nèi)其他大科學(xué)裝置建設(shè)

北京正負(fù)電子對撞機(jī)工程(BEPC)剛剛過了它的30歲生日。曾為BEPC作出重要貢獻(xiàn)的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主李政道教授專門發(fā)來賀信：“熱烈祝賀北京正負(fù)電子對撞機(jī)建成30周年，這是中國在國際高能物理領(lǐng)域占一席之地并取得一系列重大成果的30年。衷心祝愿祖國科學(xué)家利用對撞機(jī)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(xù)保持國際領(lǐng)先地位，為人類探索物質(zhì)結(jié)構(gòu)的奧秘作出更大的貢獻(xiàn)。”

中國科學(xué)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(dāng)時(shí)所能做的最好選擇，它讓中國在國際高能物理領(lǐng)域占領(lǐng)一席之地，培養(yǎng)了一支具有國際水平的隊(duì)伍，也推動(dòng)了國內(nèi)其他大科學(xué)裝置的建設(shè)。”

20世紀(jì)80年代，建設(shè)中的BEPC。資料圖片

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(jī)——用加速器把某種粒子加速到高能，轟擊一個(gè)固定的靶位，與組成靶的粒子相互作用，就可能發(fā)現(xiàn)新的基本粒子。

20世紀(jì)50年代，歐美已相繼建設(shè)了各類高能加速器，但中國仍是一片空白。一個(gè)“建立中國自己的加速器和對撞機(jī)”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(fù)電子對撞機(jī)在“七上七下”中誕生。

在蘇聯(lián)專家的指導(dǎo)下，中國在1958年就已設(shè)計(jì)出了20億電子伏電子同步加速器。但當(dāng)時(shí)這一設(shè)計(jì)因“保守落后”被否。1960年5月，中國科學(xué)家完成了螺旋線回旋加速器的初步設(shè)計(jì)方案，又因經(jīng)濟(jì)困難被取消。1965年，中國科學(xué)家第四次提出了建造質(zhì)子同步加速器的方案，卻又因故暫停。1969年，中國科學(xué)家提出建造強(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)方案的爭論中無疾而終。1972年，在18位中國科學(xué)家聯(lián)名上書中央后，國務(wù)院批準(zhǔn)了“七五三”工程，計(jì)劃10年內(nèi)建造一臺(tái)400億電子伏質(zhì)子同步加速器。然而計(jì)劃卻再度擱淺。1977年，“八七工程”誕生，計(jì)劃投資7億元人民幣，在1987年建成4000億電子伏質(zhì)子同步加速器。可1980年年底，國民經(jīng)濟(jì)調(diào)整，方案又一次下馬。

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

BEPCⅡ的儲(chǔ)存環(huán)雙環(huán)。資料圖片

助推我國高能物理走上世界舞臺(tái)

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

王貽芳介紹，BEPC是當(dāng)時(shí)國際上τ-粲物理能區(qū)性能最好的對撞機(jī)。它卓越的性能令中國能獨(dú)立設(shè)計(jì)建造加速器、探測器并開展物理實(shí)驗(yàn)研究，中國由此在2-5GeV(1GeV=10億電子伏特)能區(qū)的τ物理、粲物理、粲偶素、量子色動(dòng)力學(xué)檢驗(yàn)等方面逐步走在了世界前列。

2004年至2009年，北京正負(fù)電子對撞機(jī)的重大改造工程(BEPCⅡ)啟動(dòng)實(shí)施并順利完成。中科院高能所原所長、BEPC國家實(shí)驗(yàn)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(shù)上又實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，保持發(fā)展了中國在粲物理方面的國際領(lǐng)先優(yōu)勢。

30年來，以BEPC為基礎(chǔ)，中科院高能所開拓了中微子研究領(lǐng)域，利用大亞灣反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了中微子新的振蕩模式，并開始了江門中微子實(shí)驗(yàn)的建設(shè);中國在高海拔和空間宇宙線實(shí)驗(yàn)、暗物質(zhì)探測、X射線天體物理研究等方面也取得長足的進(jìn)步，“慧眼”衛(wèi)星得以遨游太空。此外，在BEPC的技術(shù)帶動(dòng)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(dòng)了高穩(wěn)定電源、高性能磁鐵、精密機(jī)械、計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制等高新技術(shù)的發(fā)展，這些技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化對我國廣播通信、航空、醫(yī)療等領(lǐng)域都作出了重要貢獻(xiàn)。

站在BEPC的肩膀上，新一代對撞機(jī)——環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī)(CEPC)已完成概念設(shè)計(jì),并獲國際評審認(rèn)可，預(yù)研工作全面展開。據(jù)介紹，CEPC建成后，中國或?qū)⒊蔀槿蚋吣芪锢硌芯康闹行摹Ｋ矊⑹侨蛭ㄒ坏某吣芡捷椛涔庠矗诤宋锢怼馈⒉牧稀⑽⒓庸さ戎T多方面具有廣泛的應(yīng)用。

“21世紀(jì)的粒子物理面臨暗物質(zhì)和暗能量的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，處于歷史性重大突破的前夜。”陳和生說，中國粒子物理發(fā)展戰(zhàn)略必須認(rèn)真考慮國家科技發(fā)展戰(zhàn)略、國際粒子物理發(fā)展趨勢及可能的突破口，發(fā)揮中國在相關(guān)領(lǐng)域的隊(duì)伍、技術(shù)、資源和地理優(yōu)勢，并廣泛開展國際合作，“中國粒子物理實(shí)驗(yàn)學(xué)家應(yīng)當(dāng)為此作出中華民族應(yīng)有的貢獻(xiàn)”。