圖3 改造后的北京正負電子對撞機（BEPCⅡ）的雙儲存環(huán)

走近中國大科學工程 

作為我國第一臺大科學裝置，中國科學院高能物理所的北京正負電子對撞機已經(jīng)持續(xù)工作27年。這個坐落于北京長安街以西地下的大裝置，一年當中有10個月都在高速運轉(zhuǎn)，有超過400名高能物理學家在這里工作，而他們的目標是研究物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，探索宇宙的奧秘。

發(fā)現(xiàn)新粒子是世界物理學家們共同覬覦的目標。尋找新粒子的一個重要方法就是把粒子束流加速到接近光速的高能量并進行對撞，而這需要借助巨大的科學裝置完成，它就是對撞機。

“超級粒子大炮”是北京正負電子對撞機的一個形象比喻，它由四大部分組成，包括注入器、儲存環(huán)、北京譜儀（BESⅢ）和北京同步輻射裝置（BSRF）。歷經(jīng)風雨，這臺我國最早的大科學裝置如今依然在國際粒子物理研究領(lǐng)域處于不可或缺的位置。

國家間科技力量的頂級比拼

高能物理在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域是一門探索物質(zhì)的微觀基本組元和它們之間相互作用規(guī)律的前沿學科。從宇宙的起源到生物物種的進化、天體的形成和演化等眾多領(lǐng)域高能物理都起著十分重要的作用。記者在中科院高能物理所大廳見到懸掛在墻上的一行字：“中國必須在世界高科技領(lǐng)域占有一席之地——鄧小平”。這是北京正負電子對撞機在1988年10月建成時，鄧小平親臨視察時發(fā)表的著名講話。

中國科學院高能物理所研究員張闖已經(jīng)圍繞北京正負電子對撞機工作了30余年，他告訴科技日報記者：“尋找微觀世界粒子結(jié)構(gòu)的工作，已經(jīng)不僅是世界頂尖物理學家的激烈競爭，而是國家之間在科技力量的頂級比拼。”

從1990年開始運行到2005年，北京正負電子對撞機（BEPC）取得了一系列國際領(lǐng)先的研究成果。1992 年，北京譜儀τ輕子質(zhì)量測量的精確結(jié)果糾正了過去τ輕子質(zhì)量的實驗偏差，把測量精度提高了7倍，驗證了輕子普適性原理；1999年，對2—5GeV能區(qū)的強子截面進行了測量，將過去世界平均值的精度從15％—20％提高到6.6％，將Higgs的質(zhì)量下限從61GeV改變到90GeV，解決了標準模型與實驗結(jié)果的一個矛盾；2005年，發(fā)現(xiàn)的新型粒子X1835開辟了一個國際前沿研究熱點領(lǐng)域，在多夸克態(tài)尋找和研究等方面作出重要貢獻。

北京正負電子對撞機（BEPC）第一任工程經(jīng)理謝家麟院士曾表示，由于北京正負電子對撞機的建成和運行，為我國在國際高能物理研究前沿領(lǐng)域開展工作創(chuàng)造了條件，使我國在τ粲物理實驗研究領(lǐng)域處于國際領(lǐng)先地位?！爸袊鴱拇司瓦M入了能夠進行高能物理實驗研究的科技先進國家之林。”

北京正負電子對撞機在粲物理實驗研究中取得的重大成就及其對國際高能物理發(fā)展的巨大影響，引起了國際高能物理界對粲物理的極大興趣，物理學界十分重視這一能區(qū)的豐富物理“礦藏”。

兩次改造中的幕后故事

一個大科學裝置建成以后，只有不斷提高性能，才能保持國際領(lǐng)先地位。張闖告訴科技日報記者，在2001年國際粲物理實驗研究的形勢出現(xiàn)了很大的變化。中科院高能物理所的科學家們計劃對北京正負電子對撞機（BEPC）進行改造，改造工程最初計劃采用的是單環(huán)方案，使用麻花軌道實現(xiàn)多束團對撞，亮度提高30倍左右。

2001年初，中科院高能物理所的科學家們帶著改造方案去同美國的同行交流和論證，得知作為長期國際科研合作的美國康奈爾大學基本粒子物理實驗室決定將其正負電子對撞機（CESR）從質(zhì)心能量11GeV左右下調(diào)到3—5GeV（可稱為CESRc），到粲物理研究領(lǐng)域與北京正負電子對撞機（BEPC）競爭，該對撞機計劃在2003年底開始運行。

在高能物理研究領(lǐng)域，每個國家的實驗室都有自己的實驗?zāi)軈^(qū)，一旦同一個區(qū)域有了競爭者，就只能有一個勝出。