互动科普

两颗玻璃弹球携带巨大能量迎面飞去……想象两个粒子以上述方式，通过一个长长的管道，以极高的速度迎头相撞。高能加速器就是这样一种机器，其作用在于将“玻璃弹球的实验”在更微观的世界实现。

这看似是满足科学家好奇心的“游戏”，但由此带来的新发现，对人类文明的贡献往往是不可估量的。它能帮助我们了解物质微观结构的许多奥秘。

20世纪50年代，我国开始高能物理学的研究。1988年10月9日，中国第一座高能加速器——北京正负电子对撞机首次对撞成功。这表明对撞机的各种设备、部件的质量、安装调试在当时的世界上属一流水平。这是中国继原子弹和氢弹爆炸成功、人造卫星上天之后，在高科技领域的又一个重大的突破性成就，使中国成为世界上第四个拥有这种先进设备的国家。

这是一台可以使正、负两个电子束在同一储存环里沿着相反的方向加速，并在指定地点对头碰撞的巨型机器。正负电子的能量为20亿电子伏。这台大型电子对撞机建在地下6米深的隧道里，它由电子注入器、束流输运线、储存环、探测器及数据处理中心、同步辐射区等主要部分组成。其中注入器是一台正负电子直线加速器，束流输运线连接注入器和储存环，它包括30米长的公用段和各90米长的东、西线，其任务是将注入器输出的正负电子束分别传送到储存环里。电子束在输运线上一次通过，传输效率为80%和90%。储存环是一台跑道型的环形加速器，长达240米。电子与正电子加速到接近光速后，在此处发生正面对撞。根据对撞的能量不同，就会产生新的粒子，高能粒子对撞、演变的过程就会被检测器全部记录下来。由此产生的各种效应，可以为科学家探索物质结构提供线索。

正负电子对撞机建成后的十几年间，得到很多有益的实验数据。1992年，τ轻子质量测量的精确结果，纠正了过去τ轻子质量约7兆电子伏的实验偏差，并把精度提高了10倍。1999年春，北京正负电子对撞机对20亿～50亿电子伏能区的强子R值进行了测量。2003年，科学家利用北京正负电子对撞机的实验装置，成功拍摄了SARS病毒主蛋白酶的晶体结构。

同年，中国科学院批复了高能物理研究所提交的“关于北京正负电子对撞机重大改造工程项目开工的报告”和“北京正负电子对撞机重大改造工程施工组织设计大纲”。北京正负电子对撞机重大改造工程立项完成，并于2004年正式启动。

2008年，北京正负电子对撞机二期改造工程对撞成功，至此，历时5年、耗资6.4亿元的北京正负电子对撞机——BEPCII圆满完成。

BEPCII采用当今世界上最先进的双环交叉对撞技术对原有的对撞机进行改造。原先电子只有一条“光速跑道”，改造后正负电子各占一条“跑道”，可以进行大角度水平对撞。但原来的隧道是给单环设计的，空间狭小，安装双环就拥挤到了极点。国外成功的双环对撞机都是在80米距离内实现电子对撞的，而BEPCII必须在28米内实现。对撞机的加工精度比航天、航空领域还要高，数万根电缆一根都不能接错，而这也只是改造工程的“冰山一角”。在超导磁铁和低温系统研制方面，对撞区需要插入超导磁铁和谱仪超导磁铁，是整个工程的瓶颈。我国研究人员主要依靠自己的力量，完成了谱仪超导磁铁研制，改造了阀箱，基本解决了各种难题。改造后的BEPCII运行稳定。

改造后的北京正负电子对撞机在世界同类型装置中继续保持领先地位，是国际上最先进的双环对撞机之一。其最高亮度是改造前的10倍以上，创造该能量下对撞亮度的世界纪录，继续保持t-粲能区性能在世界上领先的地位。利用北京正负电子对撞机，北京谱仪取得了R 值精确测量和X(1835) 新粒子发现等重要成果，在国际上占有重要地位；北京同步辐射在SARS病毒解析、菠菜捕光蛋白研究、古生物无损伤研究等方面，在《自然》《科学》等刊物上均发表了多篇论文。

（本文发表于《科学世界》2009年第10期）