北京正负电子对撞机撞出去的粒子去哪儿了？

在高能物理的神秘世界里，北京正负电子对撞机如同一个微观世界里的“粒子工厂”，在这里，正负电子像两列高速列车以接近光速迎面对撞。当这些高速粒子相遇时，会发生怎样的奇妙变化？撞出去的粒子又去哪了？让我们一探究竟。

正负电子对撞的“魔法”时刻

正负电子在北京正负电子对撞机240米长的真空储存环中，被加速到接近光速后，通过精确控制的磁场引导，在指定点发生对撞。对撞后的正负电子，它们会瞬间湮灭，但并没有“粉身碎骨”，而是遵循爱因斯坦的质能方程（E=mc²），瞬间转化为纯粹的能量，又在量子涨落中“变”为新的粒子——可能是μ子、π介子、K介子，甚至是罕见的J/ψ粒子或新物理信号。这一过程如同“物质-能量-物质”的魔法，却严格受自然法则支配。

粒子的“逃亡”与“落网”

新粒子诞生后，携带能量向四面八方开始“大逃亡”，但寿命极短（如π±介子仅2.6×10-8秒，即π±介子经过一亿分之一秒就衰变为其它粒子）。但它们无法逃脱科学家布下的“天罗地网”——北京谱仪Ⅲ（BESⅢ）。这台重达600吨的探测器如同一个巨型洋葱，层层包裹对撞点。它就像一个超级“照相机”，能够捕捉到这些高速粒子的轨迹、能量和种类。

粒子去向的科学意义

对撞产生的粒子信息被转化为海量数据，通过计算机系统进行处理和分析。科学家们利用这些数据，可以“重建”出对撞过程，了解粒子的性质和反应机制。

例如，2024年，北京谱仪III合作组曾首次测得X(2370)粒子的量子态性质，其质量、产生和衰变性质与人们长久以来寻找的胶球特性一致。这一发现成为支持胶球存在的强有力实验证据，为理解强相互作用提供了新视角。在2022年，依托北京正负电子对撞机的北京谱仪III实验，科研合作组完成了世界上最精确的正反科西超子衰变参数和不对称性测量，为正反物质不对称性的探索开创了新的实验方法。

结语

北京正负电子对撞机撞出去的粒子，最终都落入了北京谱仪这个敏锐的“眼睛”，化作科学家们解读宇宙奥秘的密码。这些粒子看似“消失”，实则却成为人类探索微观世界的重要证据。BEPC的终极目标并非“捕捉”粒子，而是解码物质本源。每一次对撞，都是在为人类知识的版图增添新的边疆，让我们对这个由基本粒子构成的宇宙有更深入的理解。这些“撞出去的粒子”已成为“科学宝库”和书写宇宙的语言。因为，下一次对撞的火花，或许就是打开新物理大门的钥匙。

正如邓小平同志在1988年视察北京正负电子对撞机工程时所言：“中国必须在高科技领域占有一席之地。”如今，北京正负电子对撞机及其后续改造工程BEPCII，正持续为我国在高能物理领域的国际领先地位提供强大支撑。

出品：科普中国

作者：杨超（深圳理工大学科普主管、中国科普作家协会会员）

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