2014年11月，中國科學(xué)院高能物理研究所（以下簡稱高能所）北京正負(fù)電子對撞機(jī)的調(diào)束和運(yùn)行人員在新一輪的機(jī)器研究中，不斷創(chuàng)造了對撞亮度的新高，超越原先的8.0×1032cm-2s-1，達(dá)到了8.04×1032cm-2s-1。
北京正負(fù)電子對撞機(jī)是我國第一個(gè)大科學(xué)裝置，如今也是國際粒子物理研究的一個(gè)重要組成部分。
中國科學(xué)院院士、北京正負(fù)電子對撞機(jī)國家實(shí)驗(yàn)室主任陳和生告訴《中國科學(xué)報(bào)》記者：“北京正負(fù)電子對撞機(jī)自建成以來，對社會(huì)高度開放，為多學(xué)科的研究提供服務(wù)，收獲了豐碩的科研成果�！�
從建成到改造
一個(gè)發(fā)展迅速的研究機(jī)構(gòu)（基地），往往擁有眾多科學(xué)研究平臺(tái)，而圍繞一個(gè)大型科研裝置，會(huì)自然而然成為一個(gè)小型科學(xué)研究中心。
高能所就是一個(gè)以大科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置為依托的研究所，建有北京正負(fù)電子對撞機(jī)、北京譜儀、北京同步輻射裝置、西藏羊八井國際宇宙線觀測站以及大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)等大型裝置。
1988年10月，北京正負(fù)電子對撞機(jī)（BEPC）成功實(shí)現(xiàn)對撞，這是我國繼原子彈、氫彈爆炸成功和人造衛(wèi)星上天后，在高科技領(lǐng)域又一項(xiàng)重大突破性成就。高能所原副所長張闖回憶道：“這項(xiàng)工程耗時(shí)4年，創(chuàng)造了國際同類工程中建設(shè)速度快、投資省、質(zhì)量好、水平高的奇跡，在國際高能物理領(lǐng)域占據(jù)了一席之地�！�
上世紀(jì)90年代以來，通過在對撞機(jī)上開展的高水平研究工作，我國培養(yǎng)了大批科研人才，提高了我國在相關(guān)領(lǐng)域的工業(yè)技術(shù)水平，并為今后的大科學(xué)工程的建設(shè)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
2000年7月，國家科教領(lǐng)導(dǎo)小組批準(zhǔn)對BEPC進(jìn)行重大改造的BEPCII方案�！白畛�，我們的計(jì)劃是采用單環(huán)方案，使用麻花軌道實(shí)現(xiàn)多束團(tuán)對撞，可使亮度提高一個(gè)數(shù)量級(jí)左右。”陳和生指出，“這樣的設(shè)想還沒實(shí)施，就迎來美國康奈爾大學(xué)的競爭。”
2001年，陳和生等人訪問康奈爾大學(xué)期間獲知，康奈爾大學(xué)看到我國對撞機(jī)取得了大量成果，也計(jì)劃把束流的能量降低到當(dāng)年BEPC的能區(qū)工作（稱為CESR-c），“他們的主要設(shè)計(jì)指標(biāo)對撞亮度超過了BEPC性能，與當(dāng)時(shí)我們的改進(jìn)項(xiàng)目的指標(biāo)相同”。
面對國際知名實(shí)驗(yàn)室和曾經(jīng)創(chuàng)造亮度世界紀(jì)錄對撞機(jī)的挑戰(zhàn)，我國科學(xué)家提出了新的改造方案，采用最先進(jìn)的雙環(huán)交叉對撞技術(shù)改造對撞機(jī)，設(shè)計(jì)對撞亮度比原來的對撞機(jī)高30～100倍，性能遠(yuǎn)高于康奈爾大學(xué)的對撞機(jī)。
該方案在當(dāng)年得到了科學(xué)界的支持和國家的批準(zhǔn)，于2004年初開工建設(shè)，稱為北京正負(fù)電子對撞機(jī)重大改造工程，即BEPCII。張闖指出：“與BEPC相比，BEPCII的指標(biāo)更高、難度更大。隨著改造的進(jìn)行，我國科技能力和工業(yè)水平也有了長足的進(jìn)步。”
堅(jiān)持“一機(jī)兩用”
高能所粒子加速物理與技術(shù)院實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員陳黎明指出，在BEPC建造設(shè)計(jì)時(shí)，提出了兩種運(yùn)行模式設(shè)計(jì)：一是兼用模式，于高能物理對撞實(shí)驗(yàn)，以開展τ、粲物理研究；二是專用模式，專門用于同步輻射光，開展多學(xué)科的應(yīng)用研究。通過以上兩種模式，實(shí)現(xiàn)我國高能加速器的“一機(jī)兩用”。
陳黎明說：“從最初設(shè)計(jì)來說，這個(gè)‘一機(jī)兩用’的任務(wù)，主要是通過儲(chǔ)存環(huán)實(shí)現(xiàn)的�！�
而BEPCII采用“內(nèi)外橋”連接兩個(gè)正負(fù)電子外半環(huán)，形成同步輻射環(huán)和大交叉角正負(fù)電子雙環(huán)的“三環(huán)方案”，堅(jiān)持了“一機(jī)兩用”，即包括北京譜儀（BESIII）和北京同步輻射裝置（BSRF）兩部分。
其中，BESIII是以我為主的大型國際合作組，成員包括來自11個(gè)國家和地區(qū)、50多個(gè)研究機(jī)構(gòu)的約300名科學(xué)家。BESIII合作組利用在BEPCII取得的數(shù)據(jù)開展高能物理研究，在輕強(qiáng)子譜、粲偶素的衰變等方面取得重要進(jìn)展，完成和發(fā)表了一大批重要的物理成果。
BSRF作為我國眾多學(xué)科的大型公共實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，每年向來自全國數(shù)百個(gè)研究所和高等院校用戶開放，取得了包括許多重要蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)測定在內(nèi)的許多重要結(jié)果，有60多個(gè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)為國際蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫收錄。
因此，改造后的BEPCII既要在物質(zhì)結(jié)構(gòu)最前沿的研究中，發(fā)現(xiàn)國際領(lǐng)先的物理成果，又要發(fā)揮同步輻射裝置作為多學(xué)科交叉前沿研究平臺(tái)的作用，在諸多學(xué)科領(lǐng)域爭取創(chuàng)新成果。
引入先進(jìn)技術(shù)
陳和生表示，目前大科學(xué)裝置的國際發(fā)展趨勢首先是作為大型基礎(chǔ)科學(xué)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究的基地，并以此為依托，發(fā)展成為高技術(shù)研發(fā)和轉(zhuǎn)化的基地，除了高能物理，還有很多延伸領(lǐng)域的發(fā)展，不僅面向基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，還面向高技術(shù)的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，成為國家科技創(chuàng)新體系的重要單元。
BEPC自建成以來，就在推動(dòng)其自身建設(shè)、運(yùn)行和科學(xué)研究中引進(jìn)和發(fā)展了很多高技術(shù)。比如，早在1988年，高能所的計(jì)算機(jī)成為中國第一個(gè)進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)的接點(diǎn)。陳和生說：“正是因?yàn)橛辛薆EPC，很多先進(jìn)的技術(shù)才能在當(dāng)年第一時(shí)間得以引進(jìn)�！�
如今，BEPCII的建設(shè)和運(yùn)行不僅推動(dòng)了國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域高技術(shù)的發(fā)展，還與國際先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了高水平的集成創(chuàng)新，自主研制的設(shè)備超過85%，形成了一系列高新技術(shù)儲(chǔ)備。
在BEPCII建設(shè)中發(fā)展了若干系統(tǒng)及設(shè)備，如高產(chǎn)額正電子源、逐束團(tuán)反饋系統(tǒng)、氦基小單元高性能漂移室、無隔板支撐結(jié)構(gòu)的晶體量能器和射頻超導(dǎo)系統(tǒng)等，均達(dá)到了國際先進(jìn)水平，也為后續(xù)的大科學(xué)裝置如大亞灣反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)、中國散裂中子源、加速器驅(qū)動(dòng)次臨界系統(tǒng)等奠定了技術(shù)和人才基礎(chǔ)。
來自BEPCII的部分工程科技成果已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)生了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，為相關(guān)領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。
陳和生指出，隨著BEPCII在粒子物理和多學(xué)科交叉領(lǐng)域的研究不斷深入，還會(huì)將更多先進(jìn)的新技術(shù)引入國內(nèi)，推動(dòng)國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
北京正負(fù)電子對撞機(jī)：對撞之后 收獲碩果 |
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