FM十万个为什么：你了解北京正负电子对撞机吗？

上海新闻广播 · 公众号 · 上海 · 2018-04-24 11:30

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红色恐龙打滚求引导关注

首次发现新粒子“双粲重子”，科学家要探测到这些粒子，必须借助科学仪器，欧洲的大型强子对撞机和北京正负电子对撞机有着怎样不同的任务和使命呢？《十万个为什么》节目邀请中国科学院大学物理科学学院郑阳恒教授，讲述国之利器——北京正负电子对撞机。

北京正负电子对撞机

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；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，外型像一只硕大的羽毛球拍。北京正负电子对撞机是当时世界上唯一在τ轻子和粲粒子产生阈附近研究τ-粲物理的大型正负电子对撞实验装置，也是该能区迄今为止亮度最高的对撞机。

北京正负电子对撞机（BEPC）占地总面积达57500平方米，由电子注入器、储存环、探测器、核同步辐射区、计算中心等5个部分组成。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。

90年代以来，高能所已成为世界八大高能物理实验研究中心之一。

结构原理

BEPC由四大部分构成：注入器与束流输运线、储存环、北京谱仪和同步辐射装置。

其鸟瞰图像一支硕大的羽毛球拍，由北向南而卧“球拍的“把”———注入器是一台长202m的行波正负电子直线加速器,电子枪产生的电子束在盘荷波导加速管中，就像冲浪一样骑在微波场上不断得到加速。

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施工隧道

重大改造工程

顾名思义，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。

研究目标

基于BEPC的科学研究

开展国际前沿的t-粲物理研究，全面更新权威的《粒子物理手册》中的有关数据，期望在胶球和混杂态寻找以及轻强子谱的研究方面有更深入的了解或有所突破，为检验和发展强作用的QCD理论作出重要贡献

核探测技术和快电子学

完成BESIII的研制和调试，研究其未来改进方案；研制大亚湾实验的探测器与读出电子学，研究未来发展的关键技术。研发满足高能物理数据处理需要的跨平台SAN高速网络计算环境，对关键技术进行可行性测试。

粒子物理和核物理理论

密切结合BEPC/BES和国际上各大实验室的最新实验结果，进一步检验和发展标准模型理论，深刻理解标准模型存在的问题并进一步揭示可能存在的超出标准模型的新物理

高亮度正负电子对撞机和相关加速器技术

完成BEPCII直线机加速器和储存环各系统设备的研制和调试，解决BEPCII实现高亮度的加速器物理问题和关键技术难点。为国内大型加速器装置建设和参与相关国际合作研发关键技术。

加速器技术的应用开发及产业化

将医用加速器、工业辐照加速器、正电子断层扫描和工业CT等高技术产品规模产业化，部分产品形成品牌。积极开拓国际加速器工程中的技术市场和产品市场

同步辐射及其应用

大幅提升装置的总体性能，为国家纳米科技研究计划、结构基因组研究计划、国防建设急需的研究项目，及其它多学科的创新性研究提供高性能的实验平台

科学价值

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。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。

粒子

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