2014年11月，中國科學院高能物理研究所（以下簡稱高能所）北京正負電子對撞機的調(diào)束和運行人員在新一輪的機器研究中，不斷創(chuàng)造了對撞亮度的新高，超越原先的8.0×1032cm-2s-1，達到了8.04×1032cm-2s-1。
北京正負電子對撞機是我國第一個大科學裝置，如今也是國際粒子物理研究的一個重要組成部分。
中國科學院院士、北京正負電子對撞機國家實驗室主任陳和生告訴《中國科學報》記者：“北京正負電子對撞機自建成以來，對社會高度開放，為多學科的研究提供服務，收獲了豐碩的科研成果�！�
從建成到改造
一個發(fā)展迅速的研究機構(gòu)（基地），往往擁有眾多科學研究平臺，而圍繞一個大型科研裝置，會自然而然成為一個小型科學研究中心。
高能所就是一個以大科學實驗裝置為依托的研究所，建有北京正負電子對撞機、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驗等大型裝置。
1988年10月，北京正負電子對撞機（BEPC）成功實現(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)域又一項重大突破性成就。高能所原副所長張闖回憶道：“這項工程耗時4年，創(chuàng)造了國際同類工程中建設速度快、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90年代以來，通過在對撞機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，并為今后的大科學工程的建設打下了堅實的基礎(chǔ)。
2000年7月，國家科教領(lǐng)導小組批準對BEPC進行重大改造的BEPCII方案。“最初，我們的計劃是采用單環(huán)方案，使用麻花軌道實現(xiàn)多束團對撞，可使亮度提高一個數(shù)量級左右�！标惡蜕赋觯斑@樣的設想還沒實施，就迎來美國康奈爾大學的競爭�！�
2001年，陳和生等人訪問康奈爾大學期間獲知，康奈爾大學看到我國對撞機取得了大量成果，也計劃把束流的能量降低到當年BEPC的能區(qū)工作（稱為CESR-c），“他們的主要設計指標對撞亮度超過了BEPC性能，與當時我們的改進項目的指標相同”。
面對國際知名實驗室和曾經(jīng)創(chuàng)造亮度世界紀錄對撞機的挑戰(zhàn)，我國科學家提出了新的改造方案，采用最先進的雙環(huán)交叉對撞技術(shù)改造對撞機，設計對撞亮度比原來的對撞機高30～100倍，性能遠高于康奈爾大學的對撞機。
該方案在當年得到了科學界的支持和國家的批準，于2004年初開工建設，稱為北京正負電子對撞機重大改造工程，即BEPCII。張闖指出：“與BEPC相比，BEPCII的指標更高、難度更大。隨著改造的進行，我國科技能力和工業(yè)水平也有了長足的進步�！�
堅持“一機兩用”
高能所粒子加速物理與技術(shù)院實驗室學術(shù)委員陳黎明指出，在BEPC建造設計時，提出了兩種運行模式設計：一是兼用模式，于高能物理對撞實驗，以開展τ、粲物理研究；二是專用模式，專門用于同步輻射光，開展多學科的應用研究。通過以上兩種模式，實現(xiàn)我國高能加速器的“一機兩用”。
陳黎明說：“從最初設計來說，這個‘一機兩用’的任務，主要是通過儲存環(huán)實現(xiàn)的�！�
而BEPCII采用“內(nèi)外橋”連接兩個正負電子外半環(huán)，形成同步輻射環(huán)和大交叉角正負電子雙環(huán)的“三環(huán)方案”，堅持了“一機兩用”，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個國家和地區(qū)、50多個研究機構(gòu)的約300名科學家。BESIII合作組利用在BEPCII取得的數(shù)據(jù)開展高能物理研究，在輕強子譜、粲偶素的衰變等方面取得重要進展，完成和發(fā)表了一大批重要的物理成果。
BSRF作為我國眾多學科的大型公共實驗平臺，每年向來自全國數(shù)百個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科交叉前沿研究平臺的作用，在諸多學科領(lǐng)域爭取創(chuàng)新成果。
引入先進技術(shù)
陳和生表示，目前大科學裝置的國際發(fā)展趨勢首先是作為大型基礎(chǔ)科學研究和應用基礎(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，就在推動其自身建設、運行和科學研究中引進和發(fā)展了很多高技術(shù)。比如，早在1988年，高能所的計算機成為中國第一個進入互聯(lián)網(wǎng)的接點。陳和生說：“正是因為有了BEPC，很多先進的技術(shù)才能在當年第一時間得以引進�！�
如今，BEPCII的建設和運行不僅推動了國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域高技術(shù)的發(fā)展，還與國際先進技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)了高水平的集成創(chuàng)新，自主研制的設備超過85%，形成了一系列高新技術(shù)儲備。
在BEPCII建設中發(fā)展了若干系統(tǒng)及設備，如高產(chǎn)額正電子源、逐束團反饋系統(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系統(tǒng)等，均達到了國際先進水平，也為后續(xù)的大科學裝置如大亞灣反應堆中微子實驗、中國散裂中子源、加速器驅(qū)動次臨界系統(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)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)生了良好的社會效益和經(jīng)濟效益，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在粒子物理和多學科交叉領(lǐng)域的研究不斷深入，還會將更多先進的新技術(shù)引入國內(nèi)，推動國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
北京正負電子對撞機：對撞之后 收獲碩果 |
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