2008年7月19日,北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCⅡ)取得重要进展——加速器与北京谱仪联合调试对撞成功,并观察到了正负电子对撞产生的物理事例。这标志着BEPCⅡ高质量、按计划、不超预算地圆满完成了建设任务。目前,各项设备工作正常,即将进入试运行阶段。
7月22日,在北京正负电子对撞机中央控制室,中国科学院高能物理所所长陈和生院士向《科学时报》记者详细介绍了北京正负电子对撞机重大改造工程的前世今生。
前世:功勋卓著的BEPC
1988年10月16日,凝聚着中国几代高能物理学家梦想与心血的北京正负电子对撞机(以下简称BEPC)建造成功并首次实现正负电子对撞。BEPC是伴随着科学技术的发展,人类对物质结构的认识逐步深入到细胞、分子、原子和原子核深层次,并要对物质的更微观结构进行研究的愿望而产生。
“要想研究物质的微观结构,首先要把它打碎,粒子加速器就是用高速粒子去打碎被测物质的科学设施,而正负电子对撞机是一种先进的粒子加速器,是当前研究物质微观世界最小构成单元及其相互作用规律的主要科学手段之一。”陈和生说:“BEPC是一台可以使正、负两个电子束在同一个环形高真空管道内以接近光速的速度沿相反的方向运动,并在指定的地点发生对头碰撞,发生对撞物理反应的高能物理实验装置。而围绕在对撞点的探测器—— 北京谱仪,能够用多种科学方法记录反应产生的粒子的种类及其能量和动量,以便深入研究对撞物理过程。”
BEPC是中国高能物理发展史上的一个重要的里程碑。它的优异性能为我国开展高能物理实验创造了条件。陈和生骄傲地告诉记者:“上世纪90年代以来,BEPC/BES运行所积累的数据比此前国际上其他实验室的数据高一个数量级以上,且数据质量良好,构成了当今世界上此能区的最大的数据样本。这为我国获得丰富的物理成果,保持在粲物理实验研究的国际领先地位奠定了基础。中国科学院高能物理研究所就获得了τ轻子质量精确测量、R值测量、发现新共振态等一批重大成果,跻身于世界八大高能物理研究中心之一。”
同时,在以我为主的北京谱仪国际合作中,吸引了包括国内18所大学和研究所的200多位科研人员和研究生,以及来自美国、日本、韩国等国十余所大学和研究所的数十名科研人员共同合作开展高能物理实验研究,在诸多方面取得了一系列国际领先的研究成果。
正、负两个电子束在环形高真空管道内以接近光速的速度运动,在拐弯时会产生高强度的X射线(大概是医用X射线的百万倍以上)。这就为BEPC“一机两用”、成为我国众多学科的同步辐射大型公共实验平台创造了条件。
陈和生介绍说:“BEPC的北京同步辐射装置(BSRF)是目前国内唯一的X射线同步辐射光源,能够提供从远红外到硬X射线宽波段的强辐射光,是我国重要的同步辐射技术研究基地和开展凝聚态物理、材料科学、生命科学、资源环境、纳米研究及微电子技术等多学科交叉前沿研究的重要基地。每年有来自全国近百个科研单位和大学的科学家在北京同步辐射装置进行200多项实验,取得了许多重要成果。”