北京正负电子对撞机：撞出高能物理领域丰富“矿藏”

　　北京正负电子对撞机：撞出高能物理领域丰富“矿藏”

　　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。

　　王贻芳

　　中国科学院高能物理研究所所长、中国科学院院士  

　　◎本报记者 崔 爽

　　4月18日，北京正负电子对撞机（BEPC）重大改造工程备用超导腔系统鉴定会在中国科学院高能物理研究所（以下简称高能所）召开。来自北京大学、中国科学技术大学、清华大学等单位的专家组成的鉴定专家组对备用超导腔系统这一关键设备进行了鉴定。

　　这只是它每年无数大小改造中的一次。毕竟，作为共和国第一台大科学装置，BEPC已经超过30岁了。用现任高能所所长、中国科学院院士王贻芳的话来说，当年大概做梦也没想到它可以运行这么久。

　　“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。”他曾如此感慨，未来，BEPC还会有10年预期寿命，继续它的科学探索。

　　“七下八上”终上马

　　走进高能所大厅，左手墙上一行大字：这件事不能再延迟了。字是周恩来总理亲笔，落款显示1972年9月11日。

　　这是北京正负电子对撞机“七下八上”史上决定性的一笔。在那之前的8月18日，中国科学院原子能研究所原副所长张文裕等18人写信给周恩来总理，提出发展高能物理必须建造高能加速器，建议建立我国自己的粒子物理实验基地。

　　9月11日，周恩来总理复信，对高能物理研究和高能加速器的预制研究工作作出指示：“这件事不能再延迟了……高能物理研究和高能加速器的预制研究，应该成为科学院要抓的主要项目之一。”

　　这一天来得殊为不易。曾获国家最高科技奖的高能所研究员谢家麟曾撰文回忆：从50年代后期，就曾几度筹划、酝酿。

　　早在1956年，我国就提出过建造高能加速器的计划。在北京正负电子对撞机正式动工之前，高能加速器项目更是经历了“七上七下”——一次次做出计划、提上日程，一次次因为各种原因下马。

　　在那个年代的中国，要不要建加速器、建怎样的加速器、建成之后要用来做什么，很少人有清晰的认识。

　　直到上世纪80年代初，邓小平指示方毅副总理就建造高能加速器问题，广泛征求国内外科学家的意见，充分论证，提出方案。方毅组织了全国十几个研究和工业部门的60多位专家进行反复论证。

　　“综合各方面意见，大家大体都赞成李政道、吴健雄、袁家骝及美国斯坦福直线加速器中心主任潘渃夫斯基等人的建议——先建造一台2×22亿电子伏特的正负电子对撞机。”谢家麟写道，方案提出后，邓小平亲自批示：“我赞成加以批准，不再犹豫。”

　　靴子落地。1988年10月16日，北京正负电子对撞机实现正负电子对撞，在其覆盖的能量区间内，有大量粲物理前沿研究工作可做。

　　撞出粲物理领域30年领先

　　北京正负电子对撞机位于天安门广场向西约15公里，形似一只羽毛球拍，它由北向南卧在地下，由一台长202米的直线加速器、一组共200米长的束流输运线、一台周长240米的储存环加速器、一座高6米重700吨的大型探测器“北京谱仪”和14个同步辐射实验站等组成。

　　除了2004年至2008年进行的重大改造工程以及每年大约2个月的检修时间，正负电子几乎一刻不停地在此对撞，产生各种粒子事例，由布设在对撞区周围的谱仪捕捉，科学家分析这些事例，寻求科学发现。

　　为什么要对撞？通常的解释是，世界由一些基本粒子组成，加速器和对撞机就是最常见的新粒子抓捕工具。通过它们把某种粒子加速到高能，轰击一个固定的靶或与粒子对撞，就可能发现新的基本粒子。

　　高能所研究员张闯曾展示过一幅形象的漫画，两只小松鼠站在机器的两头，手中各拿着一个核桃。“把核桃往地上扔可能打不开，但让两个核桃高速对撞可能就能撞开。我们实际上就是要把粒子对撞打开，看里面是什么东西。速度越快、撞得越碎，越可能有所发现。”

　　成果说明一切。粲物理领域的绝大多数精确测量，都是BEPC的功劳：1988年10月北京正负电子对撞机建造成功，成为国际上τ-粲物理能区性能最好的对撞机，先后获得1990年国家科技进步特等奖、2016年国家科技进步一等奖。对τ轻子的质量进行的精准测量，把原来的国际平均值修正了3倍的标准偏差，挽救了存在争议的轻子普适性原理。2013年3月，该装置发现四夸克物质，入选美国物理学会年度重要成果，并位列榜首。