上世紀五十年代我國還沒有粒子物理研究基地,中國科學家只能參加蘇聯(lián)杜納聯(lián)合核子研究所的粒子物理研究工作。中國為此要擔負杜布納研究所費用的四分之一。中國科學家一直醞釀在國內(nèi)建立中國自己的粒子物理研究基地?!?
1972年8月,以張文裕為首的原子能研究所的十八位科學家上書周恩來總理建議中國發(fā)展粒子物理。這個建議立即得到了周總理的支持。周總理在報告上批示“這件事再也不能延遲了”?!?
在周總理的親自關(guān)懷下,1973年正式成立了中國科學院高能物理研究所。此后高能所的科技人員積極籌劃建造中國自己的粒子加速器。建造質(zhì)心能量為5.6千兆電子伏的北京正負電子對撞機的方案終于得到鄧小平的批準并在1984年動工興建。
鄧小平親自為對撞機奠基
1988年10月,北京正負電子對撞機竣工,1990年10月投入運行。它由直線注入器、儲存環(huán)、北京譜儀、北京同步輻射裝置組成。
北京正負電子對撞機國家實驗室鳥瞰圖(20世紀80年代)
北京正負電子對撞機國家實驗室鳥瞰圖(2009年 )
至2005年7月結(jié)束運行,在長達17年的時間里,北京正負電子對撞機始終緊密跟蹤國際前沿技術(shù),突破多項技術(shù)難點,保持了長期、穩(wěn)定、高效的運行,其對撞亮度等主要指標在其工作的質(zhì)心系2-5GeV能區(qū)居國際領(lǐng)先地位,使我國的高能物理研究取得了突破性進展。上世紀90年代以來,獲得了τ 輕子質(zhì)量精確測量、R值測量、發(fā)現(xiàn)新共振態(tài)等一批重大成果,在τ-粲物理的實驗研究領(lǐng)域處于國際領(lǐng)先地位,躋身于世界八大高能物理實驗研究中心之列。
“τ輕子質(zhì)量的精確測量”精確驗證了標準模型理論中的輕子普適性假設。結(jié)果比原實驗降低了3倍標準偏差,精度提高了一個數(shù)量級。
“2-5GeV強子反應截面的精確測量”平均測量精度提高了2-3倍,使精細結(jié)構(gòu)常數(shù)a(Mz2) 的誤差減少了兩倍,大大提高了標準模型對Higgs粒子質(zhì)量的預測精度。
2006年1月,北京譜儀II實驗觀測到一個可能的新粒子,暫時命名為X(1835)。BESIII實驗確認了該結(jié)構(gòu)的存在。X(1835)被 PDG 2006認為有可能是質(zhì)子-反質(zhì)子束縛態(tài)。
2003年3月,國家發(fā)展計劃委員會正式批準了北京正負電子對撞機重大改造工程項目(BEPCII),工程總投資估算為人民幣6.4億元,項目建設期5年。工程按進度、按指標、按預算、高質(zhì)量地完成建設,于2009年7月17日通過國家驗收,投入正式運行。BEPCII是一臺粲物理能區(qū)國際領(lǐng)先的對撞機和高性能的兼用同步輻射裝置,它的建成成為國際同類裝置建設的一個范例,是中國高能物理發(fā)展的又一個里程碑。BEPCII采用國際先進的雙環(huán)交叉對撞技術(shù),創(chuàng)造性地克服了儲存環(huán)隧道狹窄、對撞區(qū)短的困難,最大限度地利用原有設施,設計對撞亮度提高了30至100倍,并實現(xiàn)了“一機兩用”(即高能物理和同步輻射兩用),是國際最先進的雙環(huán)對撞機之一。BEPCII上的大型探測器北京譜儀(BES III)采用了一系列先進設計、技術(shù)和工藝,其主漂移室動量分辨及能損分辨、電磁量能器的能量分辨和位置分辨、飛行時間計數(shù)器的時間分辨、μ子探測器的位置分辨等主要指標均達到設計要求,處于國際同類裝置的先進水平。在工程建設中,高能所堅持以自主創(chuàng)新為主,并與國際先進技術(shù)相結(jié)合,實現(xiàn)了高水平集成創(chuàng)新,自主研制設備超過85%,有力地推動了國內(nèi)相關(guān)高技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展。
BEPCII/BESIII的建成和穩(wěn)定高效運行為取得重大理物理成果奠定了堅實基礎,投入運行后已獲取了大量物理事例。2010年2月,BESIII國際合作組發(fā)表了利用BEPCII上產(chǎn)生的1億ψ ′事例獲得的首批重要物理成果,預期還將會在輕強子譜、粲偶素、粲物理、量子色動力學、tau物理等方面取得重大物理成果。
BEPCII/BESIII邊運行邊改進,主要性能參數(shù)亮度不斷提高。2011年6月,峰值亮度已達到6.5×1032 cm-2s-1,是競爭對手美國康奈爾大學的CESRc的8倍。日積分亮度約為改造前的88倍,是國際上最先進的雙環(huán)對撞機之一。BEPCII的科學壽命將至少長達十年,有望不斷取得物重大理成果,進一步保持和加強我國在粲物理研究領(lǐng)域的國際領(lǐng)先地位。
與此同時,高能所還開展了宇宙線粒子物理研究,在西藏羊八井建立了國際宇宙線觀測基地。高能所分別與意大利和日本科學家合作建立了先進的大型宇宙線探測器(中意YBJ-ARGO實驗與中日ASγ實驗),并取得了一批重要觀測結(jié)果。
羊八井國際宇宙觀測站
中日合作ASγ實驗發(fā)現(xiàn)宇宙線各項異性以及圍繞銀河系中心旋轉(zhuǎn)的證據(jù),2006年10月發(fā)表于《科學》,被譽為“里程碑”式的成果。 |