北京正负电子对撞机30年:荣光背后 往事坎坷
1988年10月24日,位于北京市玉泉路的中国科学院高能物理所(以下简称中科院高能所)的大院突然热闹起来,这一天,中国第一台高能加速器、第一台大科学装置——北京正负子对撞机(BEPC)宣布建造成功!
如今,BEPC走过了三十个年头。
“这是中国在国际高能物理领域占一席之地并取得一系列重大成果的卅年,衷心祝愿祖国科学家利用对撞机作出更多世界一流的成果,在粲物理和τ轻子研究方面继续保持国际领先地位,为人类探索物质结构的奥秘作出更大贡献。”华裔物理学家、诺贝尔物理学奖获得者李政道在祝贺BEPC建成三十周年的信中写到。
李政道先生为北京正负子对撞机三十周年发来贺信(高能物理所供图)
诞生前的“七上七下”
在中科院高能所原所长、中国科学院院士方守贤的记忆中,中国的第一台高能加速器是在“七上七下”的挫折中诞生的。
在前苏联专家的指导下,中国在1958年就已设计出了20亿子伏子同步加速器。但在大跃进形势下,这一设计因“保守落后”被否。
此后,原先的方案被修改为建造150亿子伏质子同步加速器,却又受到苏联专家“冷遇”,苏联专家认为,中国只能在苏联原有的70亿子伏加速器技术上加以修补。这种说法遭到了中国设计人员的抵制。
1960年5月,中国科学家完成了螺旋线回旋加速器的初步设计,可当时国内遭遇经济困难,方案在三年后就被取消。
1965年,中国科学家第四次提出了建造质子同步加速器的方案,却又被文革风浪摧折。
1969年,为了服务国防建设,中国科学家提出了建造强流直线加速器用于探索、研究、生产核燃料的计划,可是计划在与另两个方案的争论中无疾而终。
1972年,在18位中国科学家联名上书中央后,国务院批准了“七五三”工程,计划10年内建造一台400亿子伏质子同步加速器。然而,由于“四人帮”的破坏,计划再度搁浅。
1977年,“八七工程”诞生,计划投资7亿元人民币,在1987年建成4000亿子伏质子同步加速器。可1980年底,国民经济调整,方案又一次下马。
“命途多舛”的高能加速器方案走到了1981年。这一年,世界加速器已经发展了近半个世纪。这年5月,中科院高能所在国内外专家学者的建议和意见的基础上,提出了第八个方案——建造加速能量为22亿子伏的正负子对撞机。
当年12月,邓小平同志批示:“我赞成加以批准,不再犹豫。”
1984年10月7日,在一片锣鼓声中,邓小平同志手持铁锹,为BEPC工程奠基铲下第一锹土,他发出号召:“我们的加速器,必须保证如期甚至提前完成。”
1984年10月7日,邓小平同志为北京正负子对撞机奠基(中科院高能所供图)
对撞机的建造和升级
中国要用四年多时间建成正负子对撞机的消息很快传遍全球,连加速器都没做过的中国,竟然要“一步登顶”造出一台对撞机。
每一丝的质疑和压力,都推动着工程研制人员更加拼命。他们与时间和极限比拼,终于在1988年10月16日实现了正负子束的首次对撞。
第一根加速管运往安装现场(中科院高能所供图)
工人们正在仔细安装子直线加速器第一节加速管(中科院高能所供图)
1988年10月24日,邓小平同志在BEPC建成典礼上说:“过去也好,今天也好,未来也好,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。”
1992年,用于探测并记录正负子对撞全过程的北京谱仪,精确测量出粒子物理标准模型中的τ轻子质量,修正了以前的实验结果,至今仍是世界上最为精确的测量之一。
精确测量出τ轻子质量(中科院高能所供图)
建成的BEPC还实现了“一机两用”,在对撞正负子,研究粒子物理基础问题的同时,还建立起向社会开放的大型公共科研设施——北京同步辐射装置,为国家社会发展中的重大需求项目提供技术支撑。
凭借着BEPC的平台,我国高能物理走上了世界的舞台。
但是,由于BEPC是一台单个储存环的对撞机,储存环里只有一对正负子束进行对撞,装置的对撞亮度难以提高。
为了保持我国在国际高能物理领域的一席之地,中科院高能所原所长、中国科学院院士陈和生等科学家开始酝酿BEPC的升级计划。他们最终决定采用双存储环对撞方案,并建造与升级后对撞机亮度相匹配的新北京谱仪BESIII。
第三代北京谱仪(BESIII)(中科院高能所供图)
“在国家的大力支持下,我们制订了中国高能物理发展战略,依靠全所同事的齐心努力,实现了BEPC到BEPCII的发展。”陈和生说。
2004年初,BEPCII开工建设,2009年7月通过国家验收。“这是中国高能物理实验研究的又一次重大飞跃,为中国在粲物理研究和τ轻子高能研究方面,继续在国际上居于领先地位打下了坚实的基础。”李政道如是评价。
当时BEPCII的竞争对手——美国康奈尔大学CESR-c项目的负责人赖斯教授也表示:“我们期待来自BESIII的一系列重要的物理发现。”
2016年BEPCII对撞亮度达到改造前的100倍(中科院高能所供图)
大科学装置的“聚宝盆”
正如李政道先生和赖斯教授期待的那样,BEPCII和BESIII带来了让世界瞩目的成果。
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