科技日历|31年前北京正负电子对撞机对撞成功，它到底“撞”出了什么？

1988年10月16日凌晨，我国第一座高能加速器——北京正负电子对撞机（BEPC）首次对撞成功，亮度达到8×1027/㎝2.s。这是我国继原子弹、氢弹爆炸成功、人造卫星上天之后，在高科技领域又一重大突破性成就。它的建成和对撞成功，为我国粒子物理和同步辐射应用研究开辟了广阔的前景。

北京正负电子对撞机（BEPC）是世界八大高能加速器中心之一， 是我国第一台高能加速器，也是高能物理研究的重大科技基础设施。

（图源：中国科学院高能物理研究所）

原理与成果

它由长202米的直线加速器、输运线、周长240米的圆型加速器（也称储存环）、高6米重500吨的北京谱仪和围绕储存环的同步辐射实验装置等几部分组成，是由数百种、上万台/件高精尖专用设备组成的复杂系统工程，外型像一只硕大的“羽毛球拍”。

正、负电子在其中的高真空管道内被加速到接近光速，并在指定的地点发生对撞，通过大型探测器--北京谱仪记录对撞产生的粒子特征。科学家通过对这些数据的处理和分析，进一步认识粒子的性质，从而揭示微观世界的奥秘。

这项被认为是中国科学技术史上最大的科研工程，1984年10月7日在邓小平的指挥下奠基破土动工，总投资2.4亿元，由中科院高能物理所负责建造。

1991年8月13日，北京正负电子对撞机国家实验室成立。BEPC/BES是目前国际上工作在J/Y能区的唯一高亮度正负电子对撞机，因此成为世界上一个重要的高能物理实验研究基地。

北京正负电子对撞机的建成和投入运行，为中国粒子物理和同步辐射应用提供了基本研究实验手段和条件，成为跨部门、跨学科共同享用的实验研究基地，使中国高能物理研究进入了世界前沿，取得了具有国际水平的诸如实现τ轻子质量精确测量等成果。

同时，它也促进了我国在加速器、探测器、互联网和高性能计算等高技术领域的发展。

而且，正负电子对撞机所产生的同步辐射光作为特殊光源，可在生物、医学、化学、材料等领域开展广泛的应用研究工作。

在高能物理实验研究领域，取得了一系列国际领先的研究成果：

1992年，τ轻子质量测量的精确结果纠正了过去τ轻子质量的实验偏差，并把精度提高了10倍，证实了轻子普适性原理，被国际上评价为当年最重要的高能物理实验成果之一；

1999年，对2-5GeV能区的强子截面进行了测量，将过去世界平均值的精度从15-20% 提高到6.6%，将Higgs质量从61GeV改变到90GeV，解决了标准模型与实验结果的一个矛盾，得到了国际高能物理界的高度赞扬；

2005年，发现的新型粒子X1835开辟了一个国际前沿研究热点领域，将在多夸克态寻找和研究等方面做出重要贡献。

作为同步辐射装置，是目前国内唯一可以提供从硬X射线到真空紫外光的宽波段同步辐射光源，为凝聚态物理、材料科学、生物医学、软X光学、微电子及微机械技术等多学科应用研究提供了先进的实验平台。

改造与未来研究

从1999年开始，北京正负电子对撞机未来发展的预先研究已经开始。采用最先进的双环交叉对撞技术改造对撞机，设计对撞亮度比原来的对撞机高30-100倍，远高于康奈尔大学对撞机，使BEPCII将在世界同类型装置中继续保持领先地位，成为国际上最先进的双环对撞机之一。这个方案的验收指标是将性能提高30倍，需要克服许多仪器制造技术和工程技术上的难题，如低温超导设备、接近外太空的真空度的真空设备、超导腔系统制造等等，难度极大。

1999年2月7日，BEPC/BES/BSRF改进项目通过鉴定。BEPC综合性能大幅度提高，实现了稳定高效运行，年运行时间达到九个半月以上，故障率仅为6%左右，在束流能量1.89GeV时亮度达到1031cm-2s-1，日平均事例数提高了3-4倍，达到了国际同类加速器的先进水平。

北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCII)是对北京正负电子对撞机(BEPC)进行重大改造的科学工程，改造的目的是提高性能，增强竞争力，更好地实现其科学目标。

BEPCII的主要设计指标对撞亮度是BEPC的30100倍， 新建与之相匹配的北京谱仪BESIII，同时大幅度提高同步辐射的性能。BEPCII于2004年初开始建设，投资人民币6.4亿元，计划五年完成——改造的主要目标是提高对撞机的性能，使粲物理数据增加两个数量级。

2008年7月19日，BEPCII的加速器与北京谱仪联合调试对撞成功，观察到了正负电子对撞产生的物理事例，标志着BEPCII圆满完成了建设任务。