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正负电子对撞机

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“这件事不能再延迟了!”中国科学院高能物理所主楼大堂的左侧墙壁上,有这样一行手书体的金色大字,落款是“周恩来”。

这是1972年9月11日中国总理周恩来对科学家提出加速高能物理研究和高能加速器预制建议信所作的批示。1973年初,中科院成立了高能物理研究所。


北京正负电子对撞机也是世界八大高能加速器中心之一  >>>查看更多图片

15年后,也就是1988年10月16日凌晨5点56分,在这里,BEPC(北京正负电子对撞机)首次实现正负电子对撞,亮度达到8×1027/㎝2.s——这被誉为“这是中国继原子弹、氢弹爆炸成功、人造卫星上天之后,在高科技领域又一重大突破性成就”。

这一改写历史的成就,也改写了很多人的命运,比如张闯。

1975年,毕业于清华大学工程物理系加速器专业的张闯来北京出差。31岁的他在回母校探望恩师时,得知了一个足以改变命运的消息——我国要开始建设自己的加速器,已经在全国范围内调集人才,他正是其中之一。

其实像张闯一样,在半年的时间里,还有许多年轻人,来自不同专业:加速器、机械、材料……他们从祖国各地汇聚到北京,带着共同的使命——建造我国自己的高能加速器。

1979年,邓小平访美时,与卡特总统签署了中美两国在高能物理领域的合作协议——这也是中美两国第一个科技合作协议。一批批科技工作者被派往美国、欧洲和日本等发达国家,学习国外的先进技术知识。

作为访问学者之一,张闯在美国芝加哥附件的费米加速器实验室和纽约附近的布鲁克海汶实验室工作。他和同伴被国内外发展水平的强烈反差震撼了,“大家都抱着一种‘追科学’的紧迫感,如饥似渴地学习,夜以继日地工作,逐步掌握高能加速器的设计原理、研究方法和技术要点。”

与此同时,国内外科学家充分研究国际高能物理研究和高能加速器的发展态势,提出了在我国建造一台能量为2×22亿电子伏特的正负电子对撞机的建议,这就是北京正负电子对撞机。

“我赞成加以批准,不再犹豫。”邓小平同志听取了方案汇报,非常高兴。1983年4月,国务院批准了对撞机计划,列为国家重点工程项目。1984年10月7日,邓小平和其他领导人来到对撞机建设工地,为对撞机工程奠基。

由于涉及诸多高端技术,对撞机的设计指标几乎都是当时的极限。中科院高能物理所和全国数百个工厂、研究所、高等院校、建筑公司的数以万计的科研人员和技术工人协同攻关,突破了一个又一个难题。

1988年5月,对撞机开始束流调试。几个月的精心调束后,10月16日,首次实现了正负电子对撞,不久,安装在加速器上的大型探测器——北京谱仪上也观测到了粒子信号,标志着对撞机的胜利建成。

科学家打过比方,用加速器的粒子轰击静止的靶,就像在一起交通事故中一辆汽车撞到另一辆停在路边的汽车上,碰撞的威力就不够大(撞车的能量很大一部分要消耗到使停在路边的汽车向前冲上);但如果使两辆相向而行的高速汽车对头相撞,碰撞的威力自然就大许多倍。

建成的加速器像一只硕大的羽毛球拍,由注入器、输运线、储存环、北京谱仪和同步辐射装置等几部分组成。各种粒子(如正电子和负电子、质子等)储存在环形的高真空管道内,使之以接近光速的速度沿相反方向运动,在指定的点上(靶子)对撞。通过研究高能粒子与靶中粒子碰撞时产生的各种反应研究其反应的性质,从而发现新粒子与新现象。

2004年4月,一场计划为期5年的工程动工了:将分别对北京正负电子对撞机的直线加速器、储存环和探测器进行重大改造,使相同时间里获取的粲物理数据增加两个数量级。2009年7月17日,工程顺利通过国家竣工验收。

“你们目前经济并不发达,为什么要开展高能物理研究,搞高能加速器?”1977年,当时的欧洲核子研究中心总主任阿达姆斯来访,他这么问邓小平。

邓小平回答说,这是从长远发展的利益着眼,既然要搞四个现代化,就得看高一点、看远一点,不能只看到眼前。10年后,他在一篇重要讲话中再次提及相同的观点。

那是1988年10月24日,邓小平来到中国科学院高能物理研究所,参观了8天前刚刚建成并成功对撞的北京正负电子对撞机:

“过去也好,今天也好,将来也好,中国必须发展自己的高科技,在世界高科技领域占有一席之地。”

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