北京正负电子对撞机工程的回顾与思考

北京正负电子对撞机工程是20世纪80年代中美科技合作的一项重要成就。本文作者亲历了我国高能加速器建设中的"7403工程""753工程""八七工程"以及最终的"8312工程",讲述北京正负电子对撞机建设中的一些经历和感悟,并对当时该项目的国际科技合作进行了思考。     

不要争辩

19世纪时,美国有一位青年军官个性好强,总爱与人争辩,经常和同僚发生激烈争执,林肯总统因此处分了这位军官,并说了一段深具哲理的话：     

北京正负电子对撞机

建国以来,特别是改革开放以来,我国陆续建成了一批大科学装置,对促进我国科技事业和相关事业的发展起到了积极作用。虽然从总体上来说,我国大科学装置在规划、管理和规模体量上与世界先进水平和建设国家科技创新体系的需求相比还有相当差距,尚不能满足我国科技发展的要求;但同时也存在着各科研机构因对大科学装置的了解和认识不足,而未能使其潜力得到充分发挥的问题。目前,我院正与国家有关部委积极沟通,争取联合成立大科学装置专项基金,面向全国资助科研用户利用大科学装置积极开展多学科研究。为加强我院乃至全国广大科研工作者对大科学装置的了解与认识,进一步推动"小科学"研究与大科学装置的结合,充分发挥大科学装置对各学科研究强有力的支撑作用,本刊与我院基础科学局合作,特设"大科学装置"专栏,系统介绍我院乃至我国大科学装置的建设与运行管理成果及各装置的研究支撑能力。     

科学家计划建造新型对撞机取代大型强子对撞机

据报道,一支由英国、俄罗斯、日本、瑞士和美国等国家科学家组成的国际研究团队近期在慎重评估欧洲大型强子对撞机的实用性,并有意用一种新型对撞机来取代现有的大型强子对撞机。不过,这种新型升级版本的对撞机现在已经存在,那就是大型正负电子     

北京正负电子对撞机

2000 年中科院高能物理所提出了我国高能物理和先进加速器发展目标, 建议将北京正负电子对撞机(BEPC) 进行重大改造, 储存环采取“麻花”轨道方式, 将对撞亮度提高 30 倍, 投资估算 4 亿元人民币。后根据国际竞争态势, 以及国际高能物理的研究状况及加速器的发展水平, 科学家们提出应进一步提高 BEPC 的亮度, 建议采取多种先进技术, 使对撞亮度提高 100 倍, 这个方案即是 BEPCII.BEPCII 的建设目标是对BEPC 和 BES 进行重大改造, 采用多束团、大交叉角对撞方式, 成为当前国际上最先进的双环对撞机之一。BEPCII 的设计瞄准国际高能加速器发展前沿, 创造性地采用正负电子双环大交叉角对撞和“内外桥”联接两个外半环形成同步辐射环的“三环方案”, 在较短的周长和窄小的 BEPC 隧道里安装双储存环;实现了“一机两用”, 并保持原有光束线出口基本不变, 最大限度地利用 BEPC 原有的设施;提出了超导插入磁体和双孔径四极磁铁对撞区创新性设计方案, 在很短的距离内实现了正负电子束流的分离和高流强六维束流精确对撞。新建的北京谱仪 (BESIII), 适应 BEPCII 高计数率运行的要求, 大幅提高测量精度和粒子识别能力, 减少系统误差, 满足在粲能区进行精确测量的要求。BEPCII 将为我国在今后相当长的时期内继续保持粲物理研究的国际领先地位, 取得原始性创新物理成果奠定基础。     

走进大型强子对撞机

在投入了14年时间和100亿美元资金之后。有史以来最强大、最复杂的科学实验设备终于启动了,又因故障停运了。让我们的记者带你去日内瓦看看启动前的大型强子对撞机,这也许能抚平它停运对大家造成的伤害。     

话说大型强子对撞机

9月10日,欧洲核子研究中心大型强子对撞机启动。公众从各种媒体得知,这座世界最大的粒子对撞机,将模拟宇宙大爆炸早期的情景。人们问:"什么是强子?""什么是对撞机?""强子对撞机与宇宙大爆炸何干?"为了回答这些问题,我们从热大爆炸宇宙学说起。     

对撞机巨无霸之梦

高能物理学家打算造一种新机器：前所未有的30千米长加速器，它可以为探索物理学中某些未解答最重要问题提供精确的工具。但是，对于夭折超级超导对撞机的恐惧，而且项目以浪费资金而结束的问题愈显突出。而机器的倡导者认为，向全球寻求支持可以消除国家的疑虑。     

欧洲强子对撞机出师不利

9月10日上午,随着终端计算机屏幕上最终亮起两个白点,国际物理学界一片欢腾。这标志着位于瑞士日内瓦的欧洲强子对撞机顺利完成了第一项重要测试。测试过程中,科学家将质子导入27公里的隧道,并让其按顺时针方向运行整条隧道长度。在顺时针测试获得成功后,欧洲核子中心计划进行逆时针测试。     

大型强子对撞机王者归来

<正>在经过近两年停机维护和升级后,全球最大、能量最高的粒子加速器——大型强子对撞机(英文缩写"LHC")在2015年春季开始正式重启,以助人类解开宇宙的未解之谜。LHC位于瑞士、法国边境地区的地下100米深的环形隧道中,隧道全长近27千米。它不仅是世界上最大的粒子加速器,而且也是世界上最大的机器。如果"开足马力",数以百万计的粒子将在环形隧道内以每秒11245圈的速度"狂飙",这一速度约等于光速的99.99%。     

正负电子对撞机首次对撞成功

<正>1988年,我国第一座高能加速器——北京正负电子对撞机首次对撞成功。这是我国继"两弹一星"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,揭开了我国高能物理研究的新篇章。     

巨型蜥蜴

一个人徒步旅行在个热制、岛上,岛上有山,山间沟壑内是热带雨林.这个人正在惬意地行走着,突然自身边的厚厚草丛中,一个东西从他面前"唰"地窜了过去.他被吓住了,但很快想到,那可能是一只鹿.心情有些平静了.     

巨型蜥蜴

一个人徒步旅行在一个热带小岛上,岛上有山,山间沟壑内是热带雨林。这个人正在惬意地行走着,突然自身边的厚厚草丛中,一个东西从他面前“唰”地窜了过去。他被吓住了,但很快想到,那可能是一只鹿,心情有些平静了。但是却感觉好像有个东西在盯着自己,一阵恐怖感袭来,汗毛都立了起来。接着,闻到了难闻的气味,非常难闻,还听见一种奇怪的声音从附近草丛传来。     

中国今天不宜建造超大对撞机

正8月29日微信公众号《老顾谈几何》中有一篇文章,题目是《丘成桐:关于中国建设高能对撞机的几点意见并回答媒体的问题》,讲到他(丘)赞成中国建造超大对撞机,而我(杨)反对,他难相信。其中一段如下:这些实验背后的基础理论都用到杨先生的学说。每一次突破后,我们对杨先生的学问更加佩服!所以说杨先生反对高能物理需要有更进一步的发展,使人费解!丘教授的理解有误!我绝不反对高能物理继续发展。我反对的是中国今天开始建造超大对撞机,原因如下:     

我为什么反对超导超级对撞机

正我之所以要提出反对超导超级对撞机的科学理由,是因为我的很多同事尽管知道这些理由,却不愿意公开指出,尤其是因为其中一些理由是双刃剑的时候。我也很犹豫,因为我并不反对这个项目本身。然而,它会与其他方面竞争资源,而我认为这些方面是更为急需。我把我的想法总结成四个口号,一一针对那些支持粒子物理具有独特价值的观念提出质疑:     

数学、现代物理与对撞机

20世纪以来,随着技术的发展进步,巨大而复杂的仪器设备越来越成为基础科学研究不可或缺的重要组成部分。比如,对撞机(加速器)的由小变大,就是20世纪物理学一路高歌猛进的重要标志。当运用加速器的实验工作稳健进行并取得了瞩目成果时,人们设想,不断提高对撞机的能级,或许能为物理学的发展带来新的突破。然而,建造巨型对撞机却是一个耗费巨资的"吸金黑洞"工程,在全球经济不景气的时代背景下,全世界把期待的目光投向了中国。2012年,中国科学院高能物理研究所所长王贻芳等多位科学家提议在中国投资建设环形正负电子对撞机(CEPC)和质子-质子对撞机(SPPC),希望它成为全世界最大的物理实验装置,CEPC-SPPC的能量将至少是目前世界最大的欧洲大型强子对撞机(LHC)的7倍,对撞机周长可达100公里。然而,关于该项目的争论自其发起后便从未停息,并已逐渐由学界讨论演变为公共话题,获得广泛关注。2016年9月4日,著名物理学家、诺贝尔奖得主杨振宁教授授权《知识分子》发表其文章《中国今天不宜建造超大对撞机》,针对大型对撞机的发展历史、中国国情以及高能物理学的过去与未来等方面提出了七条反对意见,首次公开科学界内部对该项目的不同声音,一石激起千层浪。而此前不久,数学家丘成桐教授已多次通过媒体表达了自己对中国建造巨型对撞机的支持。杨振宁文章发表后的第二天,王贻芳就其反对理由撰文一一反驳。随后,有关巨型对撞机应不应该建、应该速建还是缓建的意见、观点、看法的"对撞"愈发激烈,其影响不仅超出了科学界,在一般社会层面也引发了广泛关注。这种影响甚至越出了国门,引起全球物理学界的关注。支持和反对的双方,其争议的焦点主要是围绕巨型对撞机的科学目标是否明确、核心技术是否在手、中国牵头多国合作的建造模式是否妥当以及巨额科研经费是否合理等问题。随着争论的不断升级,巨型对撞机是否可以提升中国的科技外交与国家形象,是否能够真正促进中国的科学发展等议题也被纳入讨论范围。据估计,中科院高能物理研究所提议的巨型对撞机建设预算将高于200亿美元,不论是科学界还是社会公众都对其巨额耗费表现出强烈的警觉和关心。科学史告诉我们,物理学的发展从不会遵循预设的路径。将大量资金投入到一个目标有限的科学问题的研究上,是否具有应有的科学价值,是否符合当今中国仍然只是一个发展中国家的国情,需要决策者和科学工作者深入、全面、务实的思考。科学技术的每一次重大进步几乎都伴随着重要观点的交锋。本期特刊登的这组文章,是这场争论中双方意见的代表性观点,希望能为读者全面、深入了解这场争论,提供一个比较全面的资料参考。(黄庆桥、李芳薇)