欧美争相寻找上帝粒子 美国可能后来居上

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/28 01:25:33
欧美争相寻找上帝粒子 美国可能后来居上

北京时间2月23日消息,据英国媒体报道,欧洲粒子物理研究所的美国竞争对手声称,欧洲粒子物理研究所在寻找有“上帝粒子”之称的希格斯玻色子(Higgs boson)的竞争中已经处于劣势,而美国的加速器有可能后来居上。

竞争态势由来已久

美国费米国家实验室(Fermilab)称,兆电子伏特加速器(Tevatron,又称同步回旋加速器)最先发现“上帝粒子”的概率是,在最坏的情况下为50%,最理想的情况下是96%。欧洲粒子物理研究所的林恩·埃文斯承认,导致耗资70亿美元的大型强子对撞机一直停运到9月的故障,有可能使他们痛失最重要的一项物理学大奖。

这两个竞争对手正在努力验证“上帝粒子”确实存在。“上帝粒子”是物理学家们从理论上假定存在的一种构成物质的基本粒子。发现希格斯玻色子或许有助于解释物质为什么拥有质量。理论物理学家已经预言这种粒子一定存在,但是目前并没得到证实。世界上最强大的核粒子加速器的主管在芝加哥举行的美国科学促进会年会上作了相关发言。

欧洲粒子物理研究所甚至在20世纪80年代刚刚构思大型强子对撞机的时候,就把证实“上帝粒子”作为它的奋斗目标。去年9月,建在日内瓦附近的大型强子对撞机启动之初,一些科学家进行预测,认为他们最早将在2009年夏季发现希格斯玻色子。但是大型强子对撞机刚刚启动一周后就出现故障,最终导致这项加速器试验被迫中止至少12个月时间。

抓住时机 加快进度

美国费米国家实验室抓住这个有利条件,进一步加快伊利诺斯州兆电子伏特加速器的研究速度。该实验室主管皮尔·奥多尼在美国科学促进会年会上详细介绍了兆电子伏特加速器的最新研究结果。

他的同事季米特·德尼索夫说:“现在我们占据有利机会,我们将比大型强子对撞机更早看到希格斯玻色子存在的迹象。根据林恩·埃文斯告诉我们的大型强子对撞机重新启动的日期,我认为我们还有两年时间用于发现它。我们希望到那时能获得一些很有影响力的发现。如果希格斯玻色子的质量处于较高质量范围里,我们发现它的概率将是90%,甚至高达96%。如果是那样的话,我们在今年夏季就能看到希格斯玻色子存在的迹象。”

希格斯玻色子的质量越小,美国费米国家实验室发现它就越困难,所需的时间就越长。但是据奥多尼说,即使这种粒子的质量处在最低的质量范围里,美国费米国家实验室发现该粒子的概率也在“50%甚至50%以上”。

德尼索夫说:“兆电子伏特加速器运行良好,我们正处于最佳状态。我们的数据量增加的非常快。这使欧洲粒子物理研究所感到很有压力。他们放弃了圣诞节放2个月假的一贯做法,打算争分夺秒尽快解决故障。这是一项激烈的竞争,是谁取得胜利就是谁取得胜利,来不得半点虚假。”

据美国费米国家实验室估计,兆电子伏特加速器已经挑选出大约8次可能预示着希格斯玻色子确实存在的撞击事件。但是在捣弄数字做完以前,人们根本不能把这些撞击事件跟“背景噪音”区别开。

竞赛进入白热化

和德尼索夫并肩坐在一起的是大型强子对撞机项目领导,副教授林恩·埃文斯。他说:“竞赛正在进行。兆电子伏特加速器的运行情况比我预想的更好。它们正在疯狂地积累数据。大型强子对撞机出现故障给他们提供了更加充裕的时间。他们确信自己的胜利希望更大。如果他们果真发现了希格斯玻色子,我会祝他们好运。但是我认为,他们根本不可能在大型强子对撞机重新启动以前发现这种粒子。我认为他们可能会在大型强子对撞机重启之前发现希格斯玻色子存在的迹象,但是他们不可能找到这种粒子。”

埃文斯说:“当然,如果希格斯玻色子的质量并不在他们设想的范围之内,他们根本没机会发现这种粒子。皮尔·奥多尼认为成功的概率是50%,但我认为,事实上这个概率会更低。前一年我们可能还在竞争,下一年我们可能已经深陷其中。竞争对‘双方’都有好处。尽管错过希格斯玻色子很难让人得到安慰。”埃文斯说:“问题是,大量宣传一直在说大型强子对撞机是为寻找希格斯玻色子而建。但是不要忘了,大型强子对撞机要研究的整个物理学光谱都是兆电子伏特加速器无法做到的。”欧美争相寻找上帝粒子 美国可能后来居上

北京时间2月23日消息,据英国媒体报道,欧洲粒子物理研究所的美国竞争对手声称,欧洲粒子物理研究所在寻找有“上帝粒子”之称的希格斯玻色子(Higgs boson)的竞争中已经处于劣势,而美国的加速器有可能后来居上。

竞争态势由来已久

美国费米国家实验室(Fermilab)称,兆电子伏特加速器(Tevatron,又称同步回旋加速器)最先发现“上帝粒子”的概率是,在最坏的情况下为50%,最理想的情况下是96%。欧洲粒子物理研究所的林恩·埃文斯承认,导致耗资70亿美元的大型强子对撞机一直停运到9月的故障,有可能使他们痛失最重要的一项物理学大奖。

这两个竞争对手正在努力验证“上帝粒子”确实存在。“上帝粒子”是物理学家们从理论上假定存在的一种构成物质的基本粒子。发现希格斯玻色子或许有助于解释物质为什么拥有质量。理论物理学家已经预言这种粒子一定存在,但是目前并没得到证实。世界上最强大的核粒子加速器的主管在芝加哥举行的美国科学促进会年会上作了相关发言。

欧洲粒子物理研究所甚至在20世纪80年代刚刚构思大型强子对撞机的时候,就把证实“上帝粒子”作为它的奋斗目标。去年9月,建在日内瓦附近的大型强子对撞机启动之初,一些科学家进行预测,认为他们最早将在2009年夏季发现希格斯玻色子。但是大型强子对撞机刚刚启动一周后就出现故障,最终导致这项加速器试验被迫中止至少12个月时间。

抓住时机 加快进度

美国费米国家实验室抓住这个有利条件,进一步加快伊利诺斯州兆电子伏特加速器的研究速度。该实验室主管皮尔·奥多尼在美国科学促进会年会上详细介绍了兆电子伏特加速器的最新研究结果。

他的同事季米特·德尼索夫说:“现在我们占据有利机会,我们将比大型强子对撞机更早看到希格斯玻色子存在的迹象。根据林恩·埃文斯告诉我们的大型强子对撞机重新启动的日期,我认为我们还有两年时间用于发现它。我们希望到那时能获得一些很有影响力的发现。如果希格斯玻色子的质量处于较高质量范围里,我们发现它的概率将是90%,甚至高达96%。如果是那样的话,我们在今年夏季就能看到希格斯玻色子存在的迹象。”

希格斯玻色子的质量越小,美国费米国家实验室发现它就越困难,所需的时间就越长。但是据奥多尼说,即使这种粒子的质量处在最低的质量范围里,美国费米国家实验室发现该粒子的概率也在“50%甚至50%以上”。

德尼索夫说:“兆电子伏特加速器运行良好,我们正处于最佳状态。我们的数据量增加的非常快。这使欧洲粒子物理研究所感到很有压力。他们放弃了圣诞节放2个月假的一贯做法,打算争分夺秒尽快解决故障。这是一项激烈的竞争,是谁取得胜利就是谁取得胜利,来不得半点虚假。”

据美国费米国家实验室估计,兆电子伏特加速器已经挑选出大约8次可能预示着希格斯玻色子确实存在的撞击事件。但是在捣弄数字做完以前,人们根本不能把这些撞击事件跟“背景噪音”区别开。

竞赛进入白热化

和德尼索夫并肩坐在一起的是大型强子对撞机项目领导,副教授林恩·埃文斯。他说:“竞赛正在进行。兆电子伏特加速器的运行情况比我预想的更好。它们正在疯狂地积累数据。大型强子对撞机出现故障给他们提供了更加充裕的时间。他们确信自己的胜利希望更大。如果他们果真发现了希格斯玻色子,我会祝他们好运。但是我认为,他们根本不可能在大型强子对撞机重新启动以前发现这种粒子。我认为他们可能会在大型强子对撞机重启之前发现希格斯玻色子存在的迹象,但是他们不可能找到这种粒子。”

埃文斯说:“当然,如果希格斯玻色子的质量并不在他们设想的范围之内,他们根本没机会发现这种粒子。皮尔·奥多尼认为成功的概率是50%,但我认为,事实上这个概率会更低。前一年我们可能还在竞争,下一年我们可能已经深陷其中。竞争对‘双方’都有好处。尽管错过希格斯玻色子很难让人得到安慰。”埃文斯说:“问题是,大量宣传一直在说大型强子对撞机是为寻找希格斯玻色子而建。但是不要忘了,大型强子对撞机要研究的整个物理学光谱都是兆电子伏特加速器无法做到的。”
俄罗斯将建巨型强子对撞机 强度胜过欧洲强子对撞机



据俄新网9月11日报道,俄罗斯科学院院士维克多·马特维耶夫日前宣布,俄罗斯莫斯科州将建立巨型强子对撞机,其规模和强度都要超过9月10日在法瑞边境的那一台。

马特维耶夫称,俄罗斯科学家们正在讨论建设巨型线状电子和正电子对撞机,它拥有两个大幅度的线状加速器,能进行电子束和正电子束的对撞。与环形对撞机不同的是,线状对撞机不需要巨型磁铁使光速运动的粒子束发生偏移,所以其结构要相对简单,“在莫斯科郊区的杜布纳市(俗称原子能城)联合原子核研究所从事研究工作俄罗斯的科学家们已向国际社会提出了这一建议,在俄罗斯建立这样一个加速器,具体来说就是莫斯科州,”负责准备建造加速器的国际委员会对这一建议十分重视,“他们向杜布纳市派来了一个十分有影响的代表团,详细研究了俄罗斯专家提出的建议,考察了我们提出的建设地点,并认为当地确实是建设这种对撞机的好地点。”只有那些具备强大基础研究能力和技术水平的国家才有可能参与到建造大型强子对撞机的工程中,“俄罗斯现在急需更新科技骨干”。

值得指出的是,俄罗斯在大型强子对撞机领域投入不少,很多俄罗斯科学工作者的参与到了9月10日启动的强子对撞机工程中。俄罗斯参与该工程的协调人,莫斯科大学的维克多·萨弗林表示,“俄罗斯有12个机构的700多人参与了欧洲的强子对撞机建设工程,包括莫斯科大学,俄罗斯科学院等的科学家都在其中。”尽管俄罗斯还不是欧洲原子核研究委员会(CERN)的成员,但是俄罗斯科研机构与该组织的联系从上个世纪60年代起就已经建立了,并且在1999年成为该组织的观察员。俄罗斯科学家在大型强子对撞机上的贡献是巨大的,2000年,前CERN委员会主席卡什莫尔曾指出,“我们在建立强子对撞机的工程中不能没有你们(俄罗斯科学工作者)”。
大型强子对撞机有望撞出“金苹果”



砸在牛顿头上的那个苹果开启了一位科学伟人的思想宝库,也开启了一个人类认知自然的崭新时代。9月10日正式启动的欧洲大型强子对撞机有望在电光石火的粒子碰撞中,撞出若干启发人类攀上认知自然新高峰的“金苹果”。

其中最值得期待的,当属苦寻多年依旧无处觅芳踪的希格斯玻色子。这一被誉为粒子物理学“圣杯”的粒子,能够完美解释物质质量之源,进而完美地支撑起整个“标准模型”的理论大厦。在现有科技条件下,各种加速器是人类寻找希格斯玻色子的最佳实验装置。而大型强子对撞机是迄今最强大的加速器,它将人类发现希格斯玻色子的期望激发至最高。

不过,希格斯玻色子是在假设的前提下出场的,它能否被大型强子对撞机发现以及是否存在迄今依然未知。著名物理学家霍金就曾与美国密歇根大学的高迪·凯恩教授以100美元为赌注打赌,认为大型强子对撞机不会发现希格斯玻色子。尽管如此,对霍金而言,大型强子对撞机极有可能为他带来一枚“金苹果”,即验证他有关黑洞蒸发的理论。霍金说,虽然他认为大型强子对撞机造出黑洞的可能性小于百分之一,“但如果真的能造出黑洞进而验证我的相关理论预言,无疑我将获得诺贝尔奖”。

大型强子对撞机正式启动质子束流碰撞后每秒将发生约6亿次的粒子碰撞。尽管目前尚无法预知这将会造就什么样的新发现,但其数据分析结果无疑将有助于回答一些涉及自然和物质本质的基本问题,包括物质质量的来源、各种作用力的统一、暗物质的本性、是否存在其他维度等。由此带来的任何一项科学新发现,都弥足珍贵,足以成为一个个揭秘自然的“金苹果”。

此外,在建造这一大型实验装置的过程中,科学家们已经获得了许多科研成果副产品。比如说,互联网最初就是欧洲核子研究中心的科学家为了解决数据传输问题而发明的。为了解决大型强子对撞机海量数据的分析问题,那里的科学家又开始采用分布式计算网络(网格计算)技术将数万台甚至数十万台计算机联合在一起构成全球最强大的超级计算机系统。网格计算技术将对信息时代的科技发展起到重要作用。

实际上,大型强子对撞机本身就可谓是人类科研史上金光灿灿的“金苹果”。这一位于全长近27公里的隧道中的对撞机是世界上最大的机器。该项目的完成,在国际上磨合形成了一个全新的大科学、大合作的体制,对其实验数据的分析还将形成科研成果大分享的局面,这无疑将成为人类集中力量攻克科技难题的一大盛举。
对撞试验引发霍金和希格斯两位科学泰斗口水大战


英国著名科学家霍金(新浪科技 刘允/摄)


英国物理学家彼得·希格斯参观CMS实验

北京时间9月12日消息,据英国《泰晤士报》报道,世界上两位最著名的科学家发生口水大战,这给正在进行的世界上最伟大的科学实验蒙上了一层阴影。这起大战的起因是,彼得·希格斯教授对斯蒂芬·霍金教授发起攻击,认为霍金的研究“不够好”。

大型强子对撞机实验中最引人瞩目的粒子“希格斯玻色子”就是以苏格兰物理学家彼得·希格斯的名字命名的。鉴于霍金在这项耗资26亿英镑的对撞机工程上的作用,人们普遍认为霍金是他的那个时代最伟大的物理学家,但希格斯对于这样的观点并不认同,他表示,其他粒子物理学家都不认为霍金的方法是“正确”的。

这二人都是诺贝尔奖的有力争夺者,谁能获胜,主要取决于这项实验的结果。希格斯和霍金之间发生的口水战,很有可能会在整个科学界引起一场巨大的冲击波。霍金曾在一次采访中半开玩笑地说,如果位于法国和瑞士边界的欧洲粒子物理研究所进行的实验,没发现它一直想确认的“上帝粒子”的话,会“更令人兴奋”。他说:“实验将证明有些东西搞错了,我们都必须重新思考。”霍金甚至下100美元赌注,打赌“希格斯玻色子”并不存在。但他继续争辩说,大型强子对撞机将产生比发现“希格斯玻色子”更加有意义的结果。

9月10日,希格斯在爱丁堡举行的记者会上对霍金的上述言论进行了回击。44年前首次预言“希格斯玻色子”存在的希格斯显然对霍金的说法非常生气。他说:“我必须承认直到现在我也没看过霍金做出这种断言的论文。但是我读过他写的一篇文章,我认为这就是他得出上述结论的理论基础。坦率地说,我认为他的研究方法不够好。我的理解是,他将粒子物理学与引力理论以一种粒子物理学家都不相信的方法放在一起研究,这是不正确的。”

希格斯说:“从粒子物理学和量子论的观点来看,除了引力理论以外,还必须将很多理论结合,才能得出一个前后一致的理论。我认为霍金没有做到这些。我对他的结论很怀疑。”

在此之前,希格斯回忆了他是如何在44年前产生“希格斯玻色子”这个念头的,他没有想到,这个理论竟然演变成了科学史上耗资最大的实验。

1964年7月16日,希格斯坐在爱丁堡大学的图书馆中阅读一篇观点跟他非常不一致的文章。这篇文章中有一个理论与他的研究成果有矛盾。这时一个想法在他脑子里“开始酝酿”,到20日早晨他走进大学办公室的时候,有关粒子如何获得质量的理论已经在他脑海中形成。在接下来的两个星期,他写了两篇论文,后来这些论文成为现代粒子物理学的基础。希格斯说:“我解决了如何让它产生作用的理论问题,并有可能看到最终结果。我发现如何将好像没有重量的粒子转变成重粒子的方法,这稍微有些令人吃惊,但是它非常重要。”

稍后几天,希格斯为他的理论写了简短的数学证据,描述了后来被称为“希格斯玻色子”的粒子。他中断了野营活动,回到爱丁堡大学,匆匆完成他的第二篇文章,这就是后来为人所知的“希格斯玻色子”理论。1964年夏天,《欧洲物理学学报》的编辑拒绝发表他的这篇论文。

当时希格斯教授非常苦恼,他说:“我所写的还太少,还不足以让任何人相信这确实是非常重要的物理学。因此我又加了几段文字。”但是经过修改的文章,内容仍不足以写满A4纸的两面。但是8月底,美国杂志《物理评论快报》接受了这篇文章。“希格斯玻色子”成了理论物理学框架的一部分。理论物理学框架在近40年间描述了基本粒子是怎样相互影响的。

希格斯在大约20年前退休,79岁的他逐渐从学术界脱离出来,平时他喜欢读读小说,或者跟两个孙子玩耍。然而他始终关注学术界的发展,一直对霍金和预言大型强子对撞机将带来世界末日的科学家的观点不屑一顾。他说:“一些想阻止大型强子对撞机启动的人应该更好地了解事实真相。”

虽然大型强子对撞机要证明他的理论是正确的至少还需要三年时间,但是希格斯已经准备好一瓶香槟。他说:“如果结果跟我想的不一样,我会非常吃惊和失望。但是我相信我的观点是对的。”
找到了又有什么用??
霍金赌100美元称大型强子对撞机不会发现“上帝粒子”


CMS探测器的中心磁铁


正待启动的大型强子对撞机


大型强子对撞机的位置图


大型强子对撞机插图

据英国《每日邮报》报道,尽管全球科学家都在热切期待有史以来世界规模最大的科学实验——大型强子对撞机实验启动的那一刻,但没有人能比著名物理学家斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)教授更为激动的了。

耗资50亿英镑的大型强子对撞机旨在重建宇宙大爆炸后的宇宙初始状态。如果此次令人关注的实验能够验证霍金有关黑洞喷射放射物的理论,那么将为霍金教授获得诺贝尔奖提供最佳机会。

霍金在接受英国广播公司采访时说:“如果大型强子对撞机能够产生微小黑洞,并且这些黑洞表现出我所预测的特性,那么我相信自己将一定能获得诺贝尔奖。但我认为大型强子对撞机拥有足以产生黑洞的能量的可能性还不到1%,所以我没有必要屏住呼吸。”

这位著名物理学家于上世纪70年代提出了这一黑洞理论,当时引发了激烈的争议,因为很多科学家相信任何事物都无法逃脱黑洞的引力束缚。之后,大多数科学家慢慢接受了这一理论,不过他的理论至今仍没有得到证实。

由于诺贝尔物理学奖只在有实验根据能证明新现象的前提下才会授予。因此,如果欧洲粒子物理研究所的粒子加速器能够证实霍金教授这一理论的话,它将给他提供了获取诺贝尔奖的最佳机会。据科学家推测,大型强子对撞机可能产生微型黑洞,此微型黑洞可能还会以霍金辐射方式很快消失。为了做到这一点,科学家在日内瓦附近的法国与瑞士边界地下建造了一条长达27公里的隧道,用于撞击达到99.99%光速的高速质子。

北京时间9月10日下午,大型强子对撞机将最终启动,科学家将把首个完整的质子束导入隧道并让其跑完此27公里隧道的全程。专家们表示,大型强子对撞机试验可能是继阿波罗登月之后最为复杂且最具挑战性的科学壮举。大型强子对撞机实验的目的之一是寻找希格斯玻色子,也就是所谓的“上帝粒子”。尚未被发现的希格斯玻色子据信是产生质量的关键所在。如果科学家能够证实它的存在,将为操纵存在于所有质量中的重力铺平道路。

然而,霍金表示,即使寻找希格斯粒子的努力以失败告终也未尝不是一件好事。他说:“如果未能发现希格斯粒子,我想这将更令人兴奋。因为这说明这些想法是错误的,我们需要重新思考。我赌100美元给我们将不会发现希格斯粒子。无论大型强子对撞机发现或者没发现什么,其结果都将告诉我们有关宇宙结构的更多知识。”

科学家希望,大型强子对撞机实验得到的发现还能用于实际应用中。事实上,在欧洲核子物理研究组织(CERN)进行的早期粒子加速器实验已经产生重要的“副产品”,已经派生出一些神奇的用途,比如帮助治疗癌症、摧毁核废料以及洞察气候变化。

曼彻斯特大学的布赖恩·科克斯(Brian Cox)教授是参与大型强子对撞机项目的科学家之一,同时还曾担任过“D:Ream”乐队的键盘乐器手。他承认曾受到大型强子对撞机实验反对者的死亡威胁。反对者认为此对撞机实验将产生吞噬整个地球的黑洞。对于这种恐惧,科学家认为是无稽之谈。霍金说:“如果在大型强子对撞机内发生的撞击制造出一个微型黑洞——这种事情也未必会发生,即使发生了,此黑洞将最终会消失并产生一系列粒子。类似这样可产生巨大能量的撞击在地球大气层每天要发生数百万次,但任何恐怖事情也没有发生。”
美联社:大型强子对撞机实验:背景和基本知识介绍  
2008年09月12日 13:58:43  来源:新华网  

   新华网消息:据美联社11日报道,大型强子对撞机(LHC)的建造目的是帮助科学家深入了解宇宙本质和物质本源。

    问:什么是LHC?

    答:它是世界上威力最强大的粒子加速器,掩埋在一条27公里长的地下隧道里,被大型探测器环绕。

    问:“强子”是什么?

    答:是指在原子核内发现的粒子———例如质子或中子。

    问:这台对撞机由谁建造,耗资多少?

    答:欧洲核研究组织(CERN)的科学家在1984年提出了这一项目的构想。该组织的20个成员国以及美国、日本等观察员国家向这个项目捐助了约100亿美元。

    问:对撞机如何工作?

    答:对撞机以接近光速的速度发射质子绕隧道运动。超冷磁体引导质子相向运动并实现碰撞。

    问:探测器有什么作用?

    答:当质子对撞时,探测器将寻找除了我们已知的空间三维和时间一维之外的维度。

    它们还将寻找“暗物质”(科学家认为大部分的宇宙由暗物质构成)、反物质(已知物质的镜像物质)和至今未曾现身的希格斯玻色子(它可以解释其他各种粒子如何具有质量)。之前所有这些物质的存在都是理论上的,从未得到证实。

    问:这项实验中的“宇宙大爆炸”部分如何?

    答:一部探测器将观察铅离子的对撞,模拟宇宙大爆炸瞬时之后的状况。科学家希望能从中了解到物质是如何形成的。

    问:科学家还希望了解哪些内容?

    答:如果对撞机证明了新粒子的存在,也许会对著名的物理学假说“弦理论”构成考验。该理论试图用统一的公式来描述量子力学和引力。

    问:实验是安全的吗?

    答:有人反对LHC对撞机,因为担心它会制造出黑洞或者释放出足以毁灭地球的巨大能量。CERN和著名粒子学家强调说它不会带来危险。其他科学家计算得出,这种情况发生的几率极小,不足为虑。 (编辑:刘瑞常)


   中科院院士、中科院高能物理所所长陈和生告诉记者,毁灭地球毁灭人类的说法实际上这种可能性是根本不存在的,就在全世界的目光都在关注欧洲大型强子对撞机实验时,在中科院高能物理所也有一台原理类似的机器在工作,这就是北京正负电子对撞机,这台对撞机在1984年诞生,而目前世界上只有六台这样的电子对撞机。
1988年:第一台正负电子对撞机  

    深秋时节,走进中科院高能物理研究所,一栋栋建筑井然有序,风起叶舞,满目金黄,像这个时节北京的其他地方一样,让人感受到一份沉甸甸的饱满。

  20年前,也是一个金色的秋日,邓小平来到这里,兴致勃勃地视察了刚刚建成并成功对撞的北京正负电子对撞机后,他说:“过去也好,今天也好,将来也好,中国必须发展自己的高科技,在世界高科技领域占有一席之地。”

  而30年前,正是在这里,为了祖国的科学事业,北京市石景山区八宝山东麓的农民舍掉祖祖辈辈居住的房屋和土地,使北京正负电子对撞机建设工程的拆迁工作顺利进行。

  “我赞成加以批准,不再犹豫”

  北京正负电子对撞机,承载了改革开放进程中乃至我国科技发展史上太多个“第一”,它也改变了许多人的命运。

  1975年,31岁的张闯到北京出差,毕业于清华大学工程物理系加速器专业的他不忘到母校看望恩师。而这一趟,让他得知了一个足以改变命运的消息——我国要开始建设自己的加速器,已经在全国范围内调集人才,他正是其中之一。已经“深入”煤矿7年的张闯,马上到筹建中的中科院高能物理所联系,他感到自己终于有机会“步入科学的殿堂了”。

  像张闯一样,在半年的时间里,许许多多的年轻人,搞加速器的,搞机械的,搞材料的……从祖国各地汇聚到北京,他们的使命只有一个——建造我国自己的高能加速器。

  1979年,小平同志访美时,

  在他亲自决策并与卡特总统共同主持下,签署了中美两国在高能物理领域的合作协议。这是中美两国第一个科技合作协议,从此打开了中美两国科技合作的大门,推动了我国与世界各国科技交流与合作。一批批科技工作者被派往美国、欧洲和日本等发达国家,学习国外的先进技术知识。

  “作为访问学者,我当时在美国芝加哥附件的费米加速器实验室和纽约附近的布鲁克海汶实验室工作。”国内外发展水平的强烈反差带给张闯和他的同伴极大的震撼,“大家都抱着一种‘追科学’的紧迫感,如饥似渴地学习,夜以继日地工作,逐步掌握高能加速器的设计原理、研究方法和技术要点。”

  与此同时,遵照小平同志的指示,在方毅同志主持下,国内外科学家充分研究国际高能物理研究和高能加速器的发展态势,提出了在我国建造一台能量为2×22亿电子伏特的正负电子对撞机的建议,这就是北京正负电子对撞机。小平同志听取这个方案的汇报后非常高兴,表示:“我赞成加以批准,不再犹豫。”1983年4月,国务院批准了对撞机计划,列为国家重点工程项目,要求在5年内建成。

  “我们的加速器必须保证如期甚至提前完成”

  在工程项目批准后,科研人员立即投入了紧张的设计研究,也真正开始了他们的高能加速器之梦。经过几个月的日夜工作完成了对撞机的工程设计,并开展了关键设备的预制研究。

  1984年10月7日,小平同志等党和国家领导人来到对撞机建设工地,亲切会见了对撞机的建设人员,并亲自为对撞机工程奠基,就此拉开了我国第一台高能加速器建设的序幕。

  对撞机涉及众多高技术,其设计指标几乎都是当时的极限。中科院高能物理所和全国数百个工厂、研究所、高等院校、建筑公司的数以万计的科研人员和技术工人协同攻关,突破了一个又一个难题。小平同志在对撞机工程简报上批示说:“我们的加速器必须保证如期甚至提前完成。”给了工程建设者极大的鼓舞。可以说,北京正负电子对撞机的建成运行,使我国电子学、微波和高频、超高真空等方面有了较大突破和提高,有力地推动了我国机械、电子工业技术的发展。

  在对撞机建设的一千多个日日夜夜里,对撞机的建设者们精心设计、精心组织、精心研制、精心安装、精心调试数千台设备,在1988年5月开始束流调试。经过几个月的精心调束,10月16日首次实现正负电子对撞,不久安装在加速器上的大型探测器———北京谱仪上也观测到了粒子信号,标志着对撞机的胜利建成。

  1988年10月24日,小平同志等党和国家领导人再一次来到高能物理所,在听取了关于对撞机建设情况的汇报后,小平同志指出:“过去也好,今天也好,将来也好,中国必须发展自己的高科技,在世界高科技领域占有一席之地。”

  “对撞机的建设,奠定了我国在粒子物理领域的国际地位”

  1993年,已经是张闯到高能所的第19个年头,当时,他代表高能物理所出席在德国召开的第15次高能加速器国际会议,作特邀报告。站在汉堡会议中心高高的讲台上,在报告了对撞机的成果后,他动情地说:“北京正负电子对撞机的成功,表明有着古代四大发明的民族有能力建造如加速器和探测器这样的高技术装置。”报告结束后许多国外科学家前来表示祝贺,“也使我深深体验到改革开放带来的我国国力增强、科技发展和国际地位的提高。”张闯感慨地说。

  北京正负电子对撞机如同一块巨大的磁铁,集聚人才和智慧,构成了一个高能物理实验和多学科研究的平台。而经过20年的时间,北京正负电子对撞机需要再添吸引力。2004年初,北京正负电子对撞机重大改造工程启动,这项耗资6.4亿元、为期5年的大科学装置改造工程分三个阶段完成。科研人员根据“一机两用”的设计原则,采用了独特的三环结构,以满足科学目标的需求。对撞机的改造与20年前的对撞机相比,指标更高、难度更大。经过4年多的努力,对撞机完成了改造工程建设,进入了最后的总调和试运行阶段,实现了高流强和高亮度的对撞,北京谱仪也获取了一批高质量的实验数据。现在,科研人员正在夜以继日地工作,努力按计划、高质量地完成对撞机重大改造的任务,使之成为探索物质微观世界奥秘的强大工具。

  2008年11月4日,温家宝来到北京正负电子对撞机中央控制室一层大厅,参观了对撞机重大改造工程,他在与科学家座谈时说,对撞机的建设,奠定了我国在粒子物理领域的国际地位,为从高能量和高精度研究物质结构的最基本单元及其相互作用规律提供了重要的研究手段。

  ■关键性名词

  正负电子对撞机是一台使正负电子在其中对撞的机器,它将正负电子束流加速到很高的能量,并聚焦到极小的尺寸进行对撞。安装在对撞区的大型探测器采集正负电子对撞产生的粒子事例,研究其反应的性质,发现新粒子、新现象。

    ■关键性事件

  1984年10月7日北京正负电子对撞机破土奠基1985年10月23日电子直线加速器研制成功1987年11月储存环安装完毕1988年10月16日北京正负电子对撞机首次对撞成功

  1990年7月21日通过国家验收,并投入高能物理和同步辐射实验

  2004年1月北京正负电子对撞机重大改造开始建设2006年8月17日直线加速器完成改造任务,通过测试2006年10月29日储存环主体设备完成安装2008年5月6日北京谱仪整体在对撞区安装就位

  2008年7月19日北京正负电子对撞机重大改造工程完成建设任务,加速器与谱仪联合调试对撞成功

    ■关键性成就

  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,发现了X1835等新型粒子,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。
2008-12-13 21:55:46

北京正负电子对撞机重大改造工程建设任务圆满完成


图为改造后的北京正负电子对撞机隧道内景。


7月22日,北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCII)取得重要进展——加速器与北京谱仪联合调试对撞成功,并观察到了正负电子对撞产生的物理事例。这标志着BEPCII已圆满完成了建设任务。改造后的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。BEPCII工程建设大量采用了国际先进的高技术,其中超导磁铁和低温系统研制更是实现了关键性的技术突破。用户急需的硬X光强度将提高一个数量级以上,进一步发挥对社会开放的大科学平台的作用。
北京正负电子对撞机的新目标


在升级后的北京正负电子对撞机中由磁铁排列成的两个圆环,它们用来存储粒子,并且交叉在一起从而形成碰撞区域。

北京正负电子对撞机(BEPC: Beijing Electron-Positron Collider)接受了一次大规模的升级改造,这将使之在2到4.2吉电子伏特(GeV)的对撞能区(Collision Energy Range)内具有世界上独一无二的亮度(Luminosity),中国的高能物理学家们希望这是一个能发现丰富的新物理现象、并能够吸引国际合作者的区域。升级后的BEPC称为BEPC II,整个升级工程耗资七千七百万美元,计划在2007年9月开始运行。

最初的BEPC是在1988年上马的,其中只有一小部分会在升级后继续保留下来。升级之后的装置使用原来的对撞管道、一些特殊的磁铁以及基础部件,在此基础上加入了超导磁铁,并为正负电子各自分别安装了独立的存储环,其周长将近240米。在原来的BEPC存储环中只能够维持单个的正负电子束,而在新的存储环中,每一个都能够容纳多达93个粒子束,一束粒子与另一束粒子之间的间隔只有8个纳秒。中国科学院高能物理研究所所长陈和生说:多粒子束以及束流更紧密地聚焦使得束流亮度增加了100倍。

改进后的束流强度比起目前在该能区做得最好的对撞机——康乃尔大学CESE-c——还要高出十倍。和BEPC一样,BEPC II在几个吉电子伏特能量尺度——也就是所谓的τ-粲能区(Tau-Charm Region),也就是说产生最重的轻子:τ轻子,以及各种粲介子(Charmed Meson)或是其它带有粲夸克(Charm Quark)或是反粲夸克(Anti-Charm Quark)的介子——产生出正负电子对来。由于空间和经费的限制,改造后的BEPC II其最大对撞能量将达不到原来BEPC的5个吉电子伏特。

除了高能物理实验外,从这个秋季开始在BEPC II上就会开始产生作为副产品出现的同步辐射光。和之前的BEPC一样,这个2.5吉电子伏特的同步加速器会产生出硬X射线。除此之外,在上海正在建造一个更为复杂的同步辐射光源。

BEPC带来的改进中最为人熟知的或许是在1996年对τ轻子质量的精确测量。此外,陈和生所长认为,BEPC还有可能发现新粒子以及测量R值—— 产生强子的截面与产生μ子对的截面之比。这个比值决定真空极化以及精细结构常数在相当于Z粒子质量的能量尺度时的有效值,并且会影响标准模型对希格斯粒子质量的预言。

Fred Harris领导着夏威夷大学的一个小组,这个小组致力于开发BEPC中唯一的探测器:分光计(Spectrometer)。Fred Harris说:我们已经收集了五千八百万个J/Ψ事例以及一千四百万个Ψ’事例。有了这么多的粲介子事例,可以研究大量的物理现象。我们可以研究很多不同的衰变模式(Decay Mode)。这个夏威夷小组正致力于开发一种对飞行时间进行标度的系统,这将成为BEPC II的探测器:BES 3。

随着BEPC II获得更高的亮度,物理学家们期望能够获得更大的统计量,以便能够更好地理解先前进行的试探性实验,并能够发现新的粒子。除了更好地测量τ轻子的性质及其衰变模式,一个热门的话题是D混合:D介子和反D介子之间的相互转化。如果真的能够看到这样的过程,那么这就意味着发现了新物理。来自卡内基-梅隆大学的Fred Gilman透露,另外一个BEPC II将要研究的重要领域是观察粲介子的衰变以及寻找由胶子(Gluon)或是由胶子和夸克组成的物质态。自从量子色动力学(QCD: Quantum Chromodynamics)建立以来,理论表明胶子可以形成胶球(Glueball),但是到目前为止我们还没有观察到这种物质状态。

BEPC II拥有一批经验丰富的使用者,他们期望BEPC II所具有的科学前景能够吸引更多的外国物理学家参加进来。他们还打赌,BEPC II开始运行的时间也是非常适宜和有利的。在全球的粒子物理界,西欧核子中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC: Large Hadron Collider)明年上马的时候将受到人们的极大关注。但是其它的加速器实验,包括SLAC的BaBar、费米实验室的Tevetron以及康乃尔的 CESR-c将面临关闭的命运。

Wolfgan Panofsky来自SLAC,是北京正负电子对撞机的长期顾问,他认为这是一个非常适宜的时间,因为可以预期从2008年——此时大多数美国的加速器实验将被关闭——到国际直线加速器(ILC: International Linear Collider)上马——最早可能是2017年——这一段时间之内是一个空缺,这对于年轻一代是很好的一个机会。Harris另外还补充道:在大型强子对撞机上工作的合作组会达到两千人左右,这是非常大的,同时也就意味着合作的困难;而BES 3合作组是比较小的,相互之间更容易合作。

在过去的一段时间里,北京谱仪上的分光计合作组中有来自美国、韩国、日本、俄罗斯以及欧洲的科学家,但是他们只是占了整个合作组很小的一部分,绝大多数的成员仍然是中国本地的科学家。Panofsky认为,在高能物理界,合作研究可能是中国和美国在基础科学领域最悠久的合作。这可以追溯到1979年中国的邓小平总理和美国的卡特总统两人签订的中美科技合作协议(US-China Science and Technology Cooperation Agreement),这种合作一直维持到了现在并且富有成果,同时还建立了许多中美科学家之间私人的联系。

在今年六月份在北京召开的工作组会议上,科学家们以及基金会的代表聚在一起探讨了如何通过BEPC II、计划在中国南部大亚湾建造的中微子(Neutrino)实验、天体物理和天文学项目来扩展中美之间的合作。Gilman和陈和生所长一起组织了工作组会议,他表示:参加BEPC II项目讨论的人虽然不多,但是来自好几所美国大学的科学家们对此很感兴趣,我们希望这种合作会稳步发展下去。他还补充道:和国家自然科学基金会以及美国能源部的讨论也正在展开,我们需要引起他们对这个项目的兴趣,看看他们会对此提供多大的支持。陈和生所长表示:我们应该共同努力,彼此之间共享技术、经费、人员以及经验;这就是粒子物理实验所蕴含的内在精神。

众多的高能物理学家们将BEPC II上日益扩大的国际合作组看作是中国想要在国际直线对撞机上发挥重要作用所要迈出的重要一步。陈和生所长表示:我们参加了这些讨论,但是我没有看到任何关于如何操作直线加速器的郑重声明。这不是一蹴而就的,尚且需要时间。但有一点是可以肯定的,那就是中国粒子物理学界对于直线加速器非常感兴趣,我们会积极地参与到这项合作中去。
专家解析:强子对撞将给人类生活带来什么革命

  我们很难想象在现实世界里,会看到这样一个庞然大物,这个庞然大物的名字叫大型强子对撞机,长27公里,深埋在法国瑞士边境地下100米的深处,它是我们揭开宇宙秘密的解码器,重现了宇宙诞生时的形态,开启了重大物理学发现的一个新黄金(资讯,行情)时代。

  中科院院士、中科院高能物理所所长陈和生告诉记者,毁灭地球毁灭人类的说法实际上这种可能性是根本不存在的,就在全世界的目光都在关注欧洲大型强子对撞机实验时,在中科院高能物理所也有一台原理类似的机器在工作,这就是北京正负电子对撞机,这台对撞机在1984年诞生,而目前世界上只有六台这样的电子对撞机。

  大型强子对撞机长27公里,深埋在法国瑞士边境地下100米的深处,过去二十多年里,来自全球四十多个国家的数千名科学家,用了50亿美元,在打造这个揭开宇宙秘密的解码器,有人说,它是人类有史以来最伟大的科学试验,也有人说,它是爱因斯坦之后,最伟大的物理学里程碑,还有人说,这台机器是继阿波罗计划以后,人类最具雄心的宏伟工程,正像当年我们无法想象相对论带给世界的变化,我们现在也无法想象,它将会给人类的生活和世界的面貌带来一场怎样的革命。

  北京大学物理学院教授、国家重点实验室主任叶沿林接受我栏目专访时称,这一次是我们以平等伙伴的身份进入到这样的最重要的国际合作里面,我们制造出的装置成为这样一个最先进,最大型的装置的一部分,是这一个探测器里面相当于1%的贡献。

  记者:“据我所知这项试验进行的过程中会产生一些极端的高温,极端的能量,所以有些人就担心这个试验过程的安全性,您对这个事情怎么看?”

  陈和生:“用中国的古话来讲,叫杞人忧天,实际上在过去二十多年,高能加速器,建造的历史当中每一个大型的加速器建成总有一些好事之徒,包括这次发难的人向法院就提出诉讼,说会毁灭地球毁灭人类,实际上这种可能性是根本不存在的,我想最近有很多介绍,类似这样的能量规模的过程在地球每天接收到的,宇宙现实当中每天可能都有,很多这样的事例只是说它在哪发生我们没法预先知道,我们也不可能很好的探测。”

  作为有史以来最为复杂的科学实验,欧洲强子对撞机试验吸引了40多个国家5000多名科学家参与,而我们国家也有将近100人参与到了这项实验中,而就在全世界的目光都在关注欧洲大型强子对撞机实验的时候,在中科院高能物理所也有一台原理类似的机器在工作,这就是北京正负电子对撞机,陈和生院士带记者来到了对撞机控制室,工作人员通过这些屏幕上的实时数据和资料,分析和观察物理现象,这台对撞机在1984年诞生,而目前世界上只有六台这样的电子对撞机。

  记者:“到目前为止,正负电子对撞机产生的最有影响力的科技成果是什么?”

  陈和生:“做出来了很多世界一流的科技成果,包括发现了一些新的粒子,我想这次重要的科技成就它使得我们国家在我们所在的能量的领域,叫璨物理的研究的能量领域这个牢牢处在国际领先地位,而且我们的研究成果引导了在这个领域里的国际方向产生了这个领域的热点。”

  来源:中国新闻网
我国的历史
  1988年10月竣工的北京正负电子对撞机,是国际科技合作的结晶。我国科学家以务实、创新的精神,积极与世界各大高能物理实验室合作,并引进了大功率速调管、快电子学等国际先进技术,使其成为该工作能区国际领先的对撞机。
  1989年12月8日,北京正负电子对撞机同步辐射装置今天通过国家鉴定。
  由29位专家组成的鉴定委员会认为,北京正负电子对撞机同步辐射装置开始投入运行,为自然科学研究、技术科学发展和工业应用提供了良好的条件,必将对促进各学科的相互渗透和对诸多领域学科的发展带来巨大的推动。
  据介绍,北京正负电子对撞机的储存环有高能物理实验与同步辐射兼用模式和同步辐射专用模式。在储存环外围有两个同步辐射实验室。第一期计划建成了三个前端区和三条光束线。在光束线上,专家们利用聚焦X光和真空紫外光做了激光晶体材料的X光激发发光实验,观测到一些国内外尚未得到过的、有价值的新现象。还利用同步辐射光源提供的高亮度X光,几十秒钟即可完成对单根头发丝进行的X光激发荧光谱分析,达到了国外实验室所能达到的最高水平。
  这项装置的运行使用,将提供从真空紫外光到硬X光的很大光谱范围的同步辐射光,供生物物理、生物化学、光化学、固体物理、原子和分子物理、表面物理、材料科学、计量标准及医学研究等方面的应用。
  1989年对撞机投入高能物理实验,建立了以中国科学家为主导的北京谱仪合作组,美国十多所大学和研究所的科学家参加合作研究,在τ-粲物理领域做出了国际一流的成果,例如中美科学家1991年在北京谱仪上合作完成的τ轻子质量的精确测定,被李政道教授誉为当年“高能物理界最重要的发现”。
  对撞机又作为同步辐射装置,在凝聚态物理、材料科学、地球科学、化学化工、环境科学、生物医学、微电子技术、微机械技术和考古等应用研究领域取得了一大批骄人的成果。利用同步辐射光对高温超导材料进行的深入研究;对世界上最大尺寸的碳60晶体以及在0.1-0.3微米X射线光刻技术的研究均取得重要突破;在微机械技术方面,制成了直径仅4毫米超微电机,这种电机将能在医疗、生物和科研等方面有独特的用途。
  研究未有穷期。为探索物质奥秘并造福人类,我国科学家将在不断认识微观世界的跋涉中继续奋进。
[编辑本段]北京正负电子对撞机:撞出物质奥秘
  大科学装置的存在和应用水平,是一个国家科学技术发展的具象。它如同一块巨大的磁铁,能够集聚智慧,构成一个多学科阵地。作为典型的大科学装置,北京正负电子对撞机的重大改造工程就是要再添磁力。
  2007年3月26日上午,陈和生院士站在欢腾的人群中,把手中纸杯高高举起:“为了重大改造工程新的里程碑,干杯!”陈和生所说的新里程碑,就是刚刚取得的正负电子对撞成功。
  对撞机“升级换代”难度超乎想象
  身兼北京正负电子对撞机重大改造工程经理,中科院高能所所长陈和生如此激动的理由很充分,“这次正负电子束流对撞成功,是新双环对撞机的第一次电子对撞,意味着改造工程双环对撞方案的成功,同时也显示出重大改造工程更有信心地进入最后一个阶段。”
  奥运年将是北京正负电子对撞机重大改造工程的完工年。这项从2003年开始,耗资6.4亿元、为期5年的大科学装置改造工程分三个阶段完成。去年11月,储存环单环改双环这一最关键和最困难的环节已经度过,顺利完成对撞机重大改造工程的第二阶段任务,剩下就是安装对撞机上的大型粒子探测器北京谱仪的任务。
  改造工程采用的是世界先进的双环交叉对撞方案,原先电子只有一条“光速跑道”,改造后正负电子各占一条“跑道”进行大角度水平对撞,对撞机性能将提高100倍。不过,改造难度也是超乎想象,十几吨的设备不能使用大吊车安放,数万根电缆一根都不能接错,这些仅仅是改造工程千头万绪的几缕。
  “比如隧道原来是给单环设计,空间狭小,现在安装双环就拥挤到了极点。国外成功的双环对撞机是在80米距离内实现电子对撞再分开,我们必须在28米内实现。”陈和生说,改造中许多技术和设备国内从未有过,而高能物理对撞机的加工精度比航天、航空领域还要高。
  北京正负电子对撞机在我国大科学装置工程中赫赫有名,为示范之作。1988年10月16日凌晨实现第一次对撞时,曾被形容为“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”。北京正负对撞机重大改造工程的实施,将让这一大科学装置“升级换代”,继续立在国际高能物理的前端。
  改造后将加入最先进行列
  “核子重如牛,对撞生新态”。李政道曾为国画大师李可染讲述人类可以通过重离子对撞探索宇宙奥秘。李可染为科学奇观深深感染,欣然落笔绘就了一幅体现对撞内蕴的二牛抵角相峙图。作为探究微观世界中的最小构成单元及其相互作用规律的工具,正负电子对撞机超前的作用和意义远远超出当时人的想象。
  同时,作为典型的大科学装置工程,对撞机建设规模巨大,大量采用世界上最先进的高技术,具有投资高、投入人力资源量大和建造周期长等特点。1984年10月,北京正负电子对撞机动工兴建,在当时的国民经济发展形势下,国家向对撞机投入了2.4亿元。
  当年在北京西郊玉泉路,邓小平兴致勃勃地为北京正负电子对撞机动工挥锹送出第一块奠基土。针对当时对撞机建设是否“超前”的争议,他对周围人说:“我相信,这件事不会错。”
  谈到北京电子正负对撞机,中科院院长路甬祥说,“我们很难设想用别人的仪器,观测到人家没有观测到的现象。”
  “北京正负电子对撞机建成,奠定了中国在国际高能物理界的地位。”陈和生1984年到高能所工作,到2003年接受对撞机重大改造工程经理一职时,已在高能所工作近十年。
  北京正负电子对撞机重大改造工程完工后,将成为世界上最先进的双环对撞机之一。
  “这里会是科技创新的沃土”
  走进高能所大楼,经常能碰到来为对撞机做实验的外国科学家。陈和生有时候会给他们解释一楼大厅两边墙上的两排字。一排是周恩来总理1972年9月给18位科技工作者来信的重要批示:建立我国自己的高能物理试验基地“这件事不能再延迟了”,另一排就是邓小平在对撞机第一次成功对撞后所说的“中国必须在世界高科技领域占有一席之地”。
  对撞机的建成大大促进了我国高能物理的国际合作。中国通往互联网的最早出口就在高能所,并且最早使用网页来交流信息,那时候,大部分电脑还停留在孤岛和字符时代。
  国际合作是世界各国发展粒子物理实验研究的基本方式,但直到北京正负电子对撞机建成并投入运行之后,中国才终于有条件作为东道国组织多国科学家参与的、大规模的物理实验,进行中方为主的国际合作。
  “这样的好处在于,我们随时可以掌握国际高能物理的最新动态,精准地判断研究方向,及时启动国际高能物理学界最关心和最急需解决的研究课题。”陈和生说。
  北京正负电子对撞机为自己也为科学撞出了一番新天地。“τ轻子质量的精确测量”被国际上评价为当年最重要的高能物理实验成果之一;“2—5GeV 能区的R值测量”结果,促使2002年国际粒子数据手册将多年不变的R值图做了重大改动,从2000年起至今,所有的高能物理会议都引用这一测量结果;2003年,李政道先生专门写信到高能所祝贺一个新短寿命粒子的发现:“这是一个十分重要的成果,也是物理学上很有意义的工作。”
  “任何一个大科学装置,都会自然而然成为一个小型科学研究中心。”陈和生说,高能所的定位就是以大科学装置为依托的多学科综合性研究机构。
  和高能物理研究打了一辈子交道的方守贤院士认为,高能加速器是最前沿的科学技术,必然向经济技术领域转移,并产生巨大效益。北京正负电子对撞机的建成运行,在国内发挥了示范作用,也使我国电子学、微波和高频、超高真空等方面有了较大突破和提高,有力地推动了我国机械、电子工业技术的发展。
  “这里会是科技创新的沃土。”陈和生说,北京正负电子对撞机重大改造工程建设大量采用国际上先进的高精尖技术,对于我国相关高科技技术和产业来说,又将是一次重要的发展机遇。
從北京正負電子對撞機改造看知識創新工程

信息來源:中國科技信息網  作者:匿名  發布日期:2006-5-12 11:10:30   
           
  知識創新工程試點已成為國內外有目共睹的成功范例。但許多人可能并不了解,中國科學院在創新工程試點過程中,除在全國率先開展體制創新、運行機制創新等一系列改革外,在凝練科學目標的基礎上,還“升級”發展了一批具有重大科學意義的大科學裝置。這些大科學裝置所包含的并非僅是一些局部的科學技術問題,而且影響著國家全面的科學技術創新能力,影響著國家的發展戰略。

  如北京正負電子對撞機、蘭州重離子加速器、合肥同步輻射加速器、2.16m天文望遠鏡等。它們作為中國科學發展的重要基礎條件平臺,一度為人類探索自然做出了重要貢獻,提升了中國的工業技術水平,為國家經濟發展提供了有效支撐,但在完成其主要科學目標之后,在新世紀它們將有何作為?是維持現狀?還是進一步提高技能?中國科學院進行了全面部署。

  以北京正負電子對撞機的升級改造為例,人們可看到,它的升級,不僅代表著國際科學發展的新趨勢,也映射出中國社會轉型期看似平穩實則波瀾起伏的圖景。

  保持中國粒子物理研究的國際領先優勢

  俯臥于北京西郊中科院高能物理研究所地下的北京正負電子對撞機,是自現代科學誕生幾百年以來,中國科學家在世界科學舞臺展現華夏民族獨創性的佐證。中國科學家在能量束流能量為1~2.8 GeV的區域里,自上世紀80年代以來,開展了一系列富有成效的粒子物理研究,成為中國科技創新不可或缺的一片沃土。

  然而,20余年過去了,中科院高能物理所的科學家們發現,發達國家為保持其競爭力,在大型高能物理裝置——加速器完成主要科學任務后,普遍根據高能物理研究的最新趨勢,以較小的投入,對加速器或探測器進行重大改造,以期繼續在國際高能物理研究最前沿發揮重大作用。

  國際高能物理研究態勢表明,正負電子對撞機未來發展的物理窗口,主要在 3~4 GeV能區內,精確測量和研究一些粒子的稀有衰變,是粒子物理發展具有重大意義的前沿課題。中國粒子物理學家認為,北京正負電子對撞機(BEPC)未來發展的最佳方案,同樣應該遵循國際高能物理發展的普遍方式,以較少的投入對加速器和探測器進行重大改造。

  北京正負電子對撞機系統中的北京譜儀(BES),在τ—粲物理實驗研究中曾取得的重大成就,對國際高能物理的發展產生了巨大影響,引起了國際高能物理界對τ—粲物理的極大興趣。

  中國科學家們在自豪之余,十分清醒地認識到,BEPC在國際τ—粲物理實驗研究中一枝獨秀的局面已成為歷史,今后將要面對激烈的國際競爭現實。為了確保在與CESR的競爭中取得優勢,科學家們在廣泛聽取國內外專家意見的基礎上,提出了雙環方案。其建設目標是對北京正負電子對撞機和北京譜儀進行重大改造,任務是在對撞機現有隧道內新建一個儲存環,采用多束團、大交叉角對撞方式,可使北京正負電子對撞機成為當前國際上最先進的雙環對撞機,亮度將提高兩個數量級。

  采用雙環方案改造后的北京正負電子對撞機,亮度將是美國康奈爾大學對撞機設計亮度的3至7倍,將在世界同類型裝置中繼續保持領先地位。 物理目標是在τ—粲能區進行精確測量,探索新的物理現象,為中國在今后相當長的時期內繼續保持τ—粲物理研究的國際領先地位,取得原始創新性物理成果奠定基礎。

  工程總投資預算為6.4億元人民幣。其中申請國家投資5.4億元,中國科學院通過包括國際合作在內的多種途徑籌集資金1億元。

  與北京正負電子對撞機改造相似,中科院的其他大型科研裝置,通過實施知識創新工程都在以不同方式和策略,緊張地進行著“升級”,以期中國科學在國際競爭中繼續占有一席之地。

  鞏固中國的國際科學活動基地

  一個科學發展迅速的國家,往往擁有眾多科學研究平臺,不僅能為本國科學家提供科學活動的場所和實驗條件,而且對其他國家的優秀科學家產生巨大吸引力,以此促進科學家的交流與合作,推動科學在本土的發展。而任何一個大型科研裝置,會自然而然成為一個小型科學研究中心。中科院的各種大型科研裝置如同國際上許多大科學實驗設施一樣,具有吸引國際優秀科學家來中國開展探索工作的功能。

  就北京正負電子對撞機而言,其同步輻射裝置本身就是一個對社會開放的大型公用科學設施,是我國凝聚態物理、材料科學、化學、生命科學、資源環境及微電子等交叉學科開展科學研究的重要基地。如2004年我國科學家關于菠菜光合作用機理研究獲得的重要成果,就是通過同步輻射裝置的實驗站取得的。

  中科院高能物理研究所所長陳和生的解釋更為詳盡。他說,世界上的發達國家都投入巨大的人力、物力開展粒子物理實驗。高能物理實驗裝置是典型的大科學工程,規模巨大,大量地采用世界上最先進的高技術,具有投資高、投入人力資源量大、建造周期長等特點。國際合作是世界各國發展粒子物理實驗研究的基本方式。而伴隨加速器技術發展起來的同步輻射、自由電子激光等,給許多學科提供了最新的研究手段,使它們發生了深刻的變化。高能物理和加速器的發展還推動許多高技術的發展,如超導、真空、高性能計算、網絡等。北京正負電子對撞機因而成為世界八大高能物理實驗研究中心之一。

  目前,中科院高能物理所以北京正負電子對撞機系統上的北京譜儀為實驗基地,已發展了包括來自國內外幾十所大學和研究機構的百余名科學家組成的北京譜儀國際合作組。中外科學家在北京譜儀上,做出了“τ輕子質量的精密測量”、“2-5GeV能區的R值測量”等多項國際領先水平的重要科研成果,引起了國際高能物理界的普遍重視和廣泛關注。

  北京譜儀國際合作組及其成員,已在Physics Review Letters, Physical Review D等國際物理學權威期刊上發表了學術論文幾十篇,在《高能物理與核物理》上發表了學術論文逾百篇。合作組的研究成果已被負責編輯Particle Physics Review和Particle Physics Booklet的權威機構PDG全面引用,收錄數據達百余項。

  如今,中國高能物理學家正與其他國家高能物理學家一道,研究改造北京正負電子對撞機的細節問題。如高能所與日本KEK正在合作研制正負電子對撞機上超導高頻腔,該裝置將在日本實驗成功后,運回中國安裝。

  各國高能物理學家還將通過改造后的“高品質”正負電子對撞機,共同探討一系列科學問題。如尋找膠子球和夸克-膠子混雜態(膠子球和夸克-膠子混雜態是量子色動力學預言的新物質形態,對檢驗量子色動力學具有重大意義)等等,使北京正負電子對撞機國家實驗室成為國際知名的高能物理實驗基地。

  沒有北京正負電子對撞機的升級改造,國際高能物理學家的工作可以在其他加速器上完成,必定會放棄來中國合作研究,中國也就難以成為國際粒子物理研究中心之一。

  北京正負電子對撞機已成為國際粒子物理研究的一個重要組成部分。而中科院其它的大型科學裝置,又何嘗不是它所在科學領域中不可替代的一分子。

  不論過去、現在和未來,中科院科研機構的國際性,都已使北京正負電子對撞機等大型科研裝備的升級改造,成為學習和引進國外先進科學技術的重要“窗口”,為開展更廣泛的國際合作,提供更多的機會和條件,也大大拓寬了中國的國際合作的渠道和形式。在粒子物理方面,高能所早已采取國際通行的合作方式,吸引國外研究機構參加中國科學裝置的建造,并分擔部分經費,并在不增加國內投資的情況下,提高設備的性能,增強競爭力,不斷吸引國外的先進技術和科學思想,得到更多高水平的科研結果,從而鞏固中國在世界科技競爭中的地位。

  探索轉型期科學管理新模式

  知識創新工程不但需要在科學上不斷創新,而且必須探討中國社會轉型時期的管理模式。北京正負電子對撞機等大型科學裝置的升級改造,使中科院相關研究所遇到的不僅僅是科學技術問題,而且不可避免地需要解決市場經濟環境下,國家大型科學裝置如何與社會發展相適應的問題。

  大型科學裝置的升級改造,與國家現行的一般工業工程項目的建設有何異同?改造經費來源是自籌,還是從中科院的事業費中撥款,抑或直接來自國家?建設單位在大型科學實驗裝置建造過程中,應如何建立控制質量、工期、投資的管理體系?國外大科學工程建設人員的工資待遇在工程項目內如何開支?大科學工程建設周期長,人員要相對穩定,勞務費支出規定應如何與國際接軌……這些在計劃經濟時代都不會成為問題的問題,現在一一被提上了議事日程。

  北京正負電子對撞機改造工程辦公室主任羅小安介紹,20年前,北京正負電子對撞機建設是中央領導親自抓的一項政治任務。每月都會召開部級以上領導小組會議,協調各種關系,為保證任務的完成,廠家不論賺錢與否都必須先保證生產。如今是市場經濟,廠家生產首先考慮是否能贏利,否則肯定不干。因此高能研究所決定,50萬元人民幣以上的招投標項目,必須經過計劃招標實施。這樣的項目在正負電子對撞機的改造中約有百余項。

  在市場規則下的競價性投標后,他們發現,某些項目是讓“大”廠做,還是讓“小”廠生產,都需要認真考慮。過去的國營大廠經過市場經濟的洗禮,經驗豐富的技術人員有的已自己開始經營小廠,大國營企業實際已經不“大”,所以不能一味看“大”還是“小”。

  對一些重要的關鍵性部件,必須找生產能力極強的廠商。如探測器北京譜儀上的主操作漂移室端板,需要用數控機床打30000多個孔,位置誤差小于50微米。經過招投標,成都飛機工業(集團)制造有限責任公司中標。但在加工探測器主操作板過程中,孔與孔之間發生了幾十微米的偏差。由于加工中材料發熱發生了形變,20多萬元的材料就這樣報廢了,成都飛機制造公司只是損失了材料費,而高能研究所則耽誤了工程工期。于是,經過陳和生等所領導與對方領導協商,雙方在開展現場研究后,一起制定了《工人操作規程》,并派人隨時監察,以保證質量。

  另外,一些項目由國外廠商生產。如今我國外匯的匯率不斷變化,一年前簽訂的合同金額也可能發生巨大變化。由于國家政策變化,一些項目經費由財政部直接撥款,周期較長,可廠商沒有預定金或首付款則不生產。怎么辦?

  所有這些問題,高能所只能自己想法應對。

  無怪乎,中科院高能所所長陳和生在接受采訪時說,“雖然當所長、做工程經理風光,可我沒有一點兒成功的感覺和喜悅,每天只有無盡的煩惱和壓力。”他必須不斷切換自己的角色,經常在一天之內,有時做高能物理方面的專家學者,有時做科研戰略的決策者,有時做總工程師,有時做商業項目的談判專家,切換角色不亦樂乎。

  為解決國家大科學工程建設中出現的各種矛盾,2003年高能研究所舉辦了建所以來的第一次大型管理工作研討會。通過舉辦這樣的會議,高能所收集到了研究所工作人員提交的管理方面的論文83篇,并遴選出13篇內容翔實、對改進管理工作有指導意義的文章在大會上進行交流,其內容涉及科研、工程等高能所管理工作的方方面面。

  在北京正負電子對撞機改造過程中,高能所新出臺了幾十個關于工程的管理文件:《崗位職責暫行條例》、《財務管理條例》、《招標工程管理條例》、《物質采購管理程序》等等。

  盡管在工程實施進展過程中曾遇到過一些預想不到的困難,但到目前為止,北京正負電子對撞機的改造工程進展保持在計劃內。

高能物理所改造正負電子對撞機是如此,其他大科學裝置的改建又何嘗不是如此。

  不論有多少困難,中國的大科學裝置已突破科學和時代限制,就像一艘艘游弋于科學海洋中的“科學航母”。對于國家,它們是提高自主創新能力的根基;對于人類,它們是發現自然秘密的利器。

  中科院基礎局局長張杰說,中科院將利用大科學平臺,促進學科交叉,促進中科院綜合優勢的發揮。通過“一流的裝置”加“一流的科學家”,做一些國際頂尖的科研工作,從而形成“聯合艦隊”型的基礎學科群。

  正如他所料,“科學航母”在創新發展中升級后,不斷創造出新的業績。

  最近,蘭州重離子加速器按照國際規范開放運行,為日本理化學研究所派出的由放射性束物理實驗室小澤博士等8人組成的實驗組,在放射性束流線上成功進行了“中子暈核11Be中能區核反應截面的精細測量”實驗,標志著蘭州重離子加速器放射性束流線的性能指標處于國際先進行列。

  合肥的全超導核聚變托卡馬克裝置的最后一個外包組件外真空杜瓦,日前運抵合肥并通過驗收,這意味著歷時4年的我國新一代“人造太陽”實驗裝置──EAST建設已進入總裝沖刺階段,明年將如期完工。

  中國獨創、世界唯一的太陽望遠鏡,即將發射升空……
期待!
期待.......黑洞! ;P
哈哈,太巧了。这件事我可以做深度报道
老板现在正是让我做这个项目。上周4布置的,说是他十年前的寻找Higgs的工作因为现在Tevatron有了新的观测道值得更新一下。
我现在刚开始还摸不大上头脑,不过很明白的这是要在超对称的假设下寻找Higgs粒子。原来说的Higgs是标量场,实际的模型都有8个分量,要做的好像是其中中性的CP为奇的分量。
Tevatron这个词可以分成TeV和atron,顾名思义就是TeV的加速器。看来是每一边的质子/反质子的能量是TeV(实际980GeV),而不是质心系(LHC的数据是每边7TeV)。世界第二大加速器,原来为寻找顶夸克立下汗马功劳。
现在流行的粒子物理模型一般就认为所谓的超对称的破缺就在TeV附近,在此假设下Higgs粒子的质量就是100多GeV,所以Tevatron看来不是没有机会,过去没看到很有可能是没有对合适的反应进行观测
去年还盛传Tevatron要停转Fermilab要关门,看来还能老当益壮一段时间。
小伙子该不会是学文科出来的吧!
原帖由 f8780039 于 2009-2-24 03:45 发表
霍金赌100美元称大型强子对撞机不会发现“上帝粒子”


CMS探测器的中心磁铁

http://www.sciencenet.cn/upload/news/images/2008/9/20 ...

因为霍大侠自知这个支持他那个由“上帝之手”点燃的“大爆炸”的所谓的“上帝粒子”只不过是他草稿纸上的太虚梦境中的东东而已。
原帖由 qwedrt 于 2009-2-24 10:46 发表
期待.......黑洞! ;P

对!
就等两个“上帝粒子”再撞出一个三百亿光年大小的“宇宙”。
撑下这个由“上帝粒子”撞出来的“宇宙”,外面那个膨胀的宇宙就不需找什么“暗物质”和“暗能量”就可以继续加速膨胀了!

原来宇宙的不断加出膨胀就是因为内部的超智慧生物搞出的由“上帝粒子”撞出来的“宇宙”撑大的。
而这个“宇宙”的不断加出膨胀,也是因为内部的“超智慧生物”搞出的由““上帝粒子””撞出来的““宇宙””撑大的。
......
上帝粒子没踪影,却找出个米诺夫斯基粒子来就搞笑了···
原帖由 youyouyou 于 2009-2-24 01:45 发表
找到了又有什么用??



如果真有的话,可以说是量子物理的一大进步
太多的把眼睛顶在“用”上最终的结果就是“用”的方面大不如人。
基础科研都是没“用”的,但是价值是大大的。
;P ;P ;P ;P ;P
原帖由 youyouyou 于 2009-2-24 01:45 发表
找到了又有什么用??

如果近期就能找到的话,几乎肯定说明超对称理论是正确的
想起了三体
怨不得开始的时候美国设备添了不少乱,原来是怕欧洲抢了头功。说不定上次爆炸也是美国人幕后搞的鬼。:D
北京正负电子对撞机单外形比较就显得寒酸[:a9:]
原帖由 leonardo 于 2009-2-25 09:23 发表
想起了三体

对,绝对发现不了,智子在旁边候着呢。