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　　天安門向西約15公里，形似羽毛球拍的北京正負電子對撞機大部分結構由北向南臥于地下，它由一臺長202米的直線加速器、一組共200米長的束流輸運線、一臺周長240米的儲存環(huán)加速器、一座高6米重700噸的大型探測器“北京譜儀”和14個同步輻射實驗站等組成。

　　進入中科院高能物理所44年，張闖幾乎參與了北京正負電子對撞機及其重大改造工程全過程?！霸谑澜缟献顧嗤牧Ｗ訑?shù)據(jù)表上，北京譜儀測量的數(shù)據(jù)超過1000項，每一項數(shù)據(jù)就是一項成果。可以說，粲物理領域的絕大多數(shù)精確測量是由北京譜儀合作組完成的?！睆堦J很驕傲，他和同行，見證了北京正負電子對撞機所成就的在粲物理領域30年領先。

　　對撞讓新粒子現(xiàn)身

　　高能物理所研究員、北京譜儀Ⅲ發(fā)言人苑長征介紹說，北京正負電子對撞機是一臺高能加速器，提供的正負電子束流主要做兩件事：一是高能物理實驗，即北京譜儀實驗，產出了一系列重大成果；二是同步輻射應用研究，利用對撞時產生的同步輻射光供多學科開展研究，每年有大約500多個實驗在此完成。

　　張闖研究員展示了一張漫畫，兩只小松鼠站在機器的兩頭，手中各拿著一個核桃，把核桃往地上扔可能打不開，但讓兩個核桃高速對撞可能就能撞開。我們實際上就是要把粒子對撞打開，看里面是什么東西。速度越快、撞得越碎，越可能有所發(fā)現(xiàn)。他用這個例子解釋了“為什么要對撞”。

　　“如果不對撞，用電子束打靜止靶，產生的有效的相互作用能量要小得多。1954年，物理學家費米提出建造一種高能加速器，采用打靜止靶的方案，需要加速器的半徑達到8000公里，比地球半徑還要大。歐洲強子對撞機的半徑只有4.3公里，就達到了13TeV的質心能量，所以超高能研究一定要讓兩個束流進行對撞?！睆堦J說，束流對撞要求粒子多、截面積小、頻率高，才能獲得足夠高的對撞亮度，因此難度也大得多。

　　“正負電子不斷對撞，科學家獲取分析對撞產生的大量事例，看其中是否可能有一些稀有現(xiàn)象，披沙揀金一般，各種新粒子都是這樣現(xiàn)身的?！睆堦J說。

　　在億萬粒子中找不同

　　在粲物理領域，絕大多數(shù)精確測量是北京譜儀合作組完成的。

　　這來源于北京正負電子對撞機的卓越性能。“1988年10月對撞成功，運行30多年。對撞機是經過幾代人努力做出來的，我們這一代曾面臨康奈爾大學的挑戰(zhàn)，對方把能量降了下來，一時超過了我們。后來，我們做了重大改造，在世界同類型裝置中繼續(xù)保持領先。”張闖說。2008年完成改造后，它成為雙環(huán)結構，約100個束團，每秒對撞約一億次，加上其他性能提升，亮度比改造前提高了100倍。

　　在粒子物理領域存在3個研究前沿，分別是高能量前沿、高強度前沿、宇宙學前沿，北京正負電子對撞機處于高強度前沿，另外兩端分別有大型強子對撞機（LHC）、國際直線對撞機（ILC）、未來環(huán)形對撞機（CEPC和FCC）等和高山宇宙線、空間探測器、望遠鏡等。

　　正負電子對撞機等大科學裝置拓展了人類宏觀微觀認識尺度。20世紀初，人類認識的世界小到10的-10次方米的原子，大到10的11次方米遠的行星。上世紀30年代，范圍擴大到原子核和恒星。到了2000年，依托大科學裝置，人類的視野深入到10的-18次方米的夸克、擴展到10的25次方米遠的浩瀚太空。

　　苑長征說，最近又有一個重要發(fā)現(xiàn)：北京譜儀Ⅲ合作組發(fā)現(xiàn)正負電子對撞中蘭布達超子存在橫向極化，合作組利用2009年和2012年采集的13億粲偶素數(shù)據(jù)，選出了純度高、質量好的42萬事例，發(fā)現(xiàn)由此產生的蘭布達超子存在高達25%的橫向極化。這項成果剛在英國《自然·物理》雜志刊出。

　　優(yōu)勢還會保持10年

　　張闖打開電腦，進入對撞機的顯示頁面，屏幕上兩條曲線沿時間軸向前推移，一條代表正電子流強的紅線，一條代表負電子流強的藍線，高點約在600毫安，大概1小時后，兩條線勻速降至低點，約450毫安，這代表粒子數(shù)量越來越少，控制室的工作人員操作按鍵，注入正負電子，曲線抬頭，繼續(xù)每秒一億次的對撞。

　　全世界14個國家、64個研究機構的400多名科學家，每天都可以在世界各地點開這個頁面，看到兩條曲線。

　　“從1989年開始實驗起，就建立起北京譜儀合作組，合作組30年來一直在一起做實驗?！睆堦J說，這套由中國牽頭的國際重大科學裝置的合作規(guī)則，是北京正負電子對撞機的寶貴經驗，為后來者做出示范。

　　它將來會不會壽終正寢？張闖很坦然：我們的優(yōu)勢還會保持10年以上，這期間要繼續(xù)做實驗，比如繼續(xù)研究輕強子譜和新強子態(tài)等，根據(jù)實驗結果，看是否需要進一步提高性能。

　　近幾年，關于中國是否要建造環(huán)形正負電子對撞機（CEPC）的爭論持續(xù)進行。去年底，兩卷本的環(huán)形正負電子對撞機《CEPC概念設計報告》正式發(fā)布。近日，反對建設的觀點再次被提出，爭論又一次擺上臺面。

　　“有爭論很正常?！睆堦J說，“但科學研究會找到自己的方向，比如，我們的對撞機繼續(xù)向前走，可能需要再改造。如果暫時不能做高能量前沿，還可以做高強度前沿。如果因為經費或者技術原因不能做，可以等將來條件成熟了再做?！?/p>

　　“最好能盡快挺進高能量前沿?！睆堦J補充說。較量不可避免，“除了歐洲的FCC，日本還可能要做ILC，國際上既有合作、也有競爭。當然，希望下一代最強對撞機依然在中國?！彼χf。

　　（原載于《人民日報海外版》 2019-05-25 08版）