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亚博官网对撞30载锤炼“大科学”精锐之师

发布时间:2019-05-25 丨 阅读次数:

亚博官网对撞30载锤炼“大科学”精锐之师

亚博官网对撞30载锤炼“大科学”精锐之师

 

  北京正负电子对撞机重大改造工程中的谱仪机械系统。
  百 度

 

  关于中国是否应该建设“下一代大型粒子对撞机”是近年来科技领域的争论热点之一。持赞成立场的有中科院院士、中科院高能物理研究所所长王贻芳,持反对立场的则有诺贝尔物理学奖得主。双方在多个场合下分别阐明自己的立场和理由,争论的影响也已超出学术界,进入公众舆论层面。目前,这场争论还在继续,结论和有关部门的决策还需进一步等待和观察。

  上世纪七八十年代,中国经过长期酝酿后,邓小平亲自决策,支持建设北京正负电子对撞机。它被认为是中国科学家继原子弹、氢弹、人造卫星、核潜艇之后取得的又一伟大成就。

  让我们一起走进中科院高能物理研究所,近距离感受北京正负电子对撞机的风采——

  

  天安门向西约15公里,形似羽毛球拍的北京正负电子对撞机大部分结构由北向南卧于地下,它由一台长202米的直线加速器、一组共200米长的束流输运线、一台周长240米的储存环加速器、一座高6米重700吨的大型探测器“北京谱仪”和14个同步辐射实验站等组成。

  进入中科院高能物理所44年,张闯几乎参与了北京正负电子对撞机及其重大改造工程全过程。“在世界上最权威的粒子数据表上,北京谱仪测量的数据超过1000项,每一项数据就是一项成果。可以说,粲物理领域的绝大多数精确测量是由北京谱仪合作组完成的。”张闯很骄傲,他和同行,见证了北京正负电子对撞机所成就的在粲物理领域30年领先。

  对撞让新粒子现身

  高能物理所研究员、北京谱仪Ⅲ发言人苑长征介绍说,北京正负电子对撞机是一台高能加速器,提供的正负电子束流主要做两件事:一是高能物理实验,即北京谱仪实验,产出了一系列重大成果;二是同步辐射应用研究,利用对撞时产生的同步辐射光供多学科开展研究,每年有大约500多个实验在此完成。

  张闯研究员展示了一张漫画,两只小松鼠站在机器的两头,手中各拿着一个核桃,把核桃往地上扔可能打不开,但让两个核桃高速对撞可能就能撞开。我们实际上就是要把粒子对撞打开,看里面是什么东西。速度越快、撞得越碎,越可能有所发现。他用这个例子解释了“为什么要对撞”。

  “如果不对撞,用电子束打静止靶,产生的有效的相互作用能量要小得多。1954年,物理学家费米提出建造一种高能加速器,采用打静止靶的方案,需要加速器的半径达到8000公里,比地球半径还要大。欧洲强子对撞机的半径只有4.3公里,就达到了13TeV的质心能量,所以超高能研究一定要让两个束流进行对撞。”张闯说,束流对撞要求粒子多、截面积小、频率高,才能获得足够高的对撞亮度,因此难度也大得多。

  “正负电子不断对撞,科学家获取分析对撞产生的大量事例,看其中是否可能有一些稀有现象,披沙拣金一般,各种新粒子都是这样现身的。”张闯说。

  在亿万粒子中找不同

  在粲物理领域,绝大多数精确测量是北京谱仪合作组完成的。

  这来源于北京正负电子对撞机的卓越性能。“1988年10月对撞成功,运行30多年。对撞机是经过几代人努力做出来的,我们这一代曾面临康奈尔大学的挑战,对方把能量降了下来,一时超过了我们。后来,我们做了重大改造,在世界同类型装置中继续保持领先。”张闯说。2008年完成改造后,它成为双环结构,约100个束团,每秒对撞约一亿次,加上其他性能提升,亮度比改造前提高了100倍。

  在粒子物理领域存在3个研究前沿,分别是高能量前沿、高强度前沿、宇宙学前沿,北京正负电子对撞机处于高强度前沿,另外两端分别有大型强子对撞机(LHC)、国际直线对撞机(ILC)、未来环形对撞机(CEPC和FCC)等和高山宇宙线、空间探测器、望远镜等。

  正负电子对撞机等大科学装置拓展了人类宏观微观认识尺度。20世纪初,人类认识的世界小到10的-10次方米的原子,大到10的11次方米远的行星。上世纪30年代,范围扩大到原子核和恒星。到了2000年,依托大科学装置,人类的视野深入到10的-18次方米的夸克、扩展到10的25次方米远的浩瀚太空。

  苑长征说,最近又有一个重要发现:北京谱仪Ⅲ合作组发现正负电子对撞中兰布达超子存在横向极化,合作组利用2009年和2012年采集的13亿粲偶素数据,选出了纯度高、质量好的42万事例,发现由此产生的兰布达超子存在高达25%的横向极化。这项成果刚在英国《自然·物理》杂志刊出。

  优势还会保持10年


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