电子对撞机成本

中国第一台粒子对撞机？

中国第一台粒子对撞机？

1988年10月16日，BEPC实现了第一次正负电子对撞，其亮度达到8×1027/㎝2s，完成了小平同志提出的“我们的加速器必须按期甚至提前建成”的目标。

1988年10月20日，《人民日报》报道了这一成果，称“这是继原子弹、氢弹爆炸成功和人造卫星发射后，我国高科技领域的又一重大突破性成果”。“它的成功建成和碰撞，为我国粒子物理和同步辐射的应用开辟了广阔的前景，开启了我国高能物理研究的新篇章”。

1988年10月24日，邓小平等党和国家领导人视察了北京正负电子对撞机工程，向工程表示祝贺，并慰问了参加工程建设的代表。邓小平同志发表了“中国必须在高科技领域占有一席之地”的重要讲话

中国第一台粒子对撞机？

在高能物理研究领域，BEPC是陶参物理能区最先进的正负电子对撞机。它可以实时观测基本粒子碰撞产生的“碎片”，研究和探索粒子的性质和相互作用规律，发现新的粒子。同时，这一科学仪器在生物、材料、物理、化学、环境、能源等科学领域也发挥着重要作用。

北京正负电子对撞机的正负电子输运线。

北京玉泉路上，一栋灰色的低层建筑格外安静。很难想象这是北京BEPC国家实验室。中国第一台大型科学装置北京正负电子对撞机位于中国科学院高能物理研究所。一年高速运行10个月。它的目标是寻找物质的深层结构，发现新的粒子，探索宇宙的奥秘。这是全世界物理学家的共同追求。谁能发现新物理、新现象、新粒子，谁就是最大的赢家。

大型设备探索“小宇宙”

中科院高能物理研究所大型装置管理中心工程师何培元告诉《经济日报》记者，由于他正在执行利用对撞机产生的同步辐射开展多学科研究的年度任务，此时地下储存环隧道的闸门是关闭的，操作人员在楼上的监控室内密切关注着运行状态。

在科学家看来，理解物质结构的每一次重大突破都会对社会发展产生重大影响。对撞机和其他加速器的出现开创了粒子物理学的新时代。

随着科技的发展，人类对物质结构的认知已经从分子、原子、原子核的层次逐渐深入到更小的结构单位——轻子和夸克。这些已知的“基本”粒子是否是物质的最小单位，是否有新的粒子，它们的质量几何，它们的特性...要解决这些谜题，一方面需要能够产生极高能量的加速器来破碎这些微小粒子，进一步研究它们的微观结构；另一方面，寻找新粒子的任务也依赖于这个“捕捉”工具。

“超粒子炮”是科学家给北京正负电子对撞机起的绰号。它由电子注入器、储存环、大粒子探测器北京谱仪和同步辐射装置四部分组成。从沙盘上看，它像一个巨大的羽毛球拍。

作为亲历者，中科院高能物理研究所研究员张闯在这个地下迷宫里工作了30年。他告诉记者，球拍的直柄是一个注入器，电子枪发出的正负电子束在这里被202米长的直线加速器加速到1.1-1.89 GeV(1 GeV = 10亿电子伏)。球拍的圆形部分是储存环，是一个周长240米的环形加速器。它将正负电子束加速到光速并存储起来。球拍顶端是北京谱仪，对撞机的心脏。在这里，正负电子束以每秒125万圈的速度向相反的方向冲去，集中在空之间的内部碰撞，大约只有一根头发丝的十分之一大小。巨型机器就像成千上万只眼睛，实时观察基本粒子碰撞产生的“碎片”——次级粒子，并记录相关数据。

通过进一步分析和研究这些数据，探索这些粒子的性质和相互作用规律，就有可能观测到新的现象，发现新的粒子。

通过物理研究挖掘富矿

北京正负电子对撞机诞生的那个秋天，对于86岁的中科院院士、中科院高能物理研究所原所长方寿贤来说，仿佛就在昨天。“BEPC正式建成，从此，中国有了第一台大型科学装置”。

在方寿贤的记忆中，北京正负电子对撞机就是在“七上八下”的坎坷中诞生的。中国在1958年设计了一台20亿电子伏的同步加速器，但在当时，这个设计因为“保守落后”而被否决。1960年5月，科学家完成了螺旋回旋加速器的初步设计。由于经济困难，该计划三年后被取消。1969年，科学家们提出了建造一台用于探索、研究和生产核燃料的强流直线加速器的计划，但该计划在与其他两个计划的争论中失败了...

1981年5月，中科院高能所根据国内外专家学者的建议和意见，提出了第八个方案——建造一台束流能量为22亿电子伏的正电子对撞机。1984年10月7日，邓小平同志为北京正负电子对撞机工程奠基，铲下第一铲土。

为什么是22亿电子伏特？一般来说，不同类型、不同能量的高能加速器服务于不同目的的粒子物理实验，每台加速器只能工作在一定的能量区域，开展特定的物理研究。尤其是对撞机，能量可调范围很小，高能量的对撞机无法替代低能量的对撞机。

张闯解释说，当电子束的能量不同时，碰撞产生的粒子也不一样。1.55GeV的正负电子束碰撞时，会产生J/Psi粒子(一种由粲夸克组成的粲粒子)；1.78GeV的正负电子束碰撞时，产生陶瓷轻子(轻子的一种，电子也是轻子)。通过控制碰撞电子束的能量，BEPC可以研究这两种不同的粒子。这两种粒子是BEPC的主要研究对象，它们的能区属于物理研究丰富的陶魅物理能区。

不仅如此，BEPC的投资远小于同能量区的质子加速器，而且还可以“一机两用”——高速运行的正负电子在轨道转动时会发出同步辐射。这种光具有高强度、高准直性的优点，可用于多学科的应用研究。

事实证明，这个选择没有错。1992年，用于探测和记录正负电子碰撞全过程的北京谱仪，在粒子物理的标准模型中精确测量了τ轻子质量，修正了以前的实验结果，至今仍是世界上最精确的测量之一。

2013年3月，在这个装置中发现了一种新的共振结构Zc(3900)，这种结构极有可能就是科学家寻找已久的“四夸克物质”。这一成果一发表，立即引发了世界范围内的实验和理论物理研究热潮，并入选《美国物理杂志》2013年公布的物理学领域的十一项重要成果，位列第一。

抓住机会迎头赶上。

除了基础研究领域，BEPC还在生物、材料、物理、化学、环境、能源和其他科学领域发挥重要作用。在抗击非典中，在BEPC上完成了一项药物与非典病毒分子相互作用的研究工作:中国科学院院士饶在国际上率先利用同步辐射系统测定了非典病毒蛋白质的DNA结构，首次获得了其蛋白酶大分子结构，并获得了有效的药物靶分子，为研制治疗非典病毒的药物提供了重要信息。

如今，互联网触手可及，也与BEPC有着千丝万缕的联系。中国在1986年建成了第一条国际计算机通信线路，在1993年建成了第一条国际专用互联网接入，然后在中国建成了第一个万维网(WWW)网站...所有这些都与BEPC直接相关。

如今，BEPC已经走过了30个年头。在BEPC运筹学的陶能物理领域，曾经有一个强劲的对手——美国康乃尔大学。但BEPC以优异的性能和升级打败了它，成为目前世界上唯一的、最先进的正电子对撞机。

有喜也有忧。张闯说，在高能物理研究领域，只有第一没有第二。每个国家的加速器都有自己的实验能源区。一旦同一能量区有竞争者，只有一个会赢。

未来，BEPC将走到尽头，中国的高能物理将何去何从？瞄准世界物理学最前沿热点希格斯玻色子粒子的研究，计划建造能量更高的新一代对撞机——环型正负电子对撞机(CEPC)，是我国高能物理学家的新目标。中国科学院院士、中科院高能物理研究所所长王表示，研究希格斯粒子是更深层物理学的关键，这恰好为中国高能物理发展提供了一个赶超和领先的绝佳机遇。一旦环型正负电子对撞机建成，中国将成为世界高能物理的研究中心，吸引世界各地最优秀的科学家和工程师到中国工作，并以此为龙头带动一系列核心技术的发展，可广泛应用于核物理、国防、材料、微加工、大型构件检测等领域。

王透露，截至目前，新一代对撞机已完成概念设计并获得国际认可，经费基本到位，预研工作正在紧锣密鼓地进行。