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北京正负电子对撞机立项40周年:回顾中国高能物理的辉煌历程与科学家们的坚持探索

编者按

1983 年 4 月 25 日,北京正负电子对撞机正式被立项。从立项开始到最终完成,该项目由于诸多原因经历了多次波折,可谓“七上七下”。不过,老一辈的科学家们并未放弃。他们对过往进行了经验总结和教训反思,始终坚持不懈地努力探索,最终找到了一条与国情相契合的高能加速器之路。

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他们一起参观了 BEPC 模型。

来源 | 中国科学家博物馆

这张照片记录了一个珍贵瞬间,它属于中国高能物理研究的发展历程。照片里有三个人,分别是谢家麟(中)、叶铭汉(右)和杨振宁(左)。他们专注地看着面前的模型,脸上还洋溢着笑意。而这个模型,正是我国首个大科学装置——北京正负电子对撞机(BEPC)的模型。

并且成功地实现了“对撞”,让它成为了世界上在能区 2.2 至 2.8GeV 范围内亮度最高的对撞机。

然而,在这一天曙光的背后,有着长达几十年的经历。经历了从“七次下马、七次上马”的坎坷,也经历了国际合作的智慧博弈。中国科学家凭借着信念与智慧,在科技的长河中写下了壮丽的篇章。

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七“下”七“上”

1972 年 8 月,有一封信件送到了周恩来总理的案头。这封信是由中国科学院原子能研究所原副所长张文裕等 18 位科学家共同撰写的。信中表明,发展高能物理必须建造高能加速器,并且建议建立我国自己的粒子物理实验基地。

那时的中国,在高能物理领域方面几乎是没有什么成果的,就像一片荒漠一样。1972 年 9 月 11 日,周恩来总理给张文裕、朱光亚写了回信。在信中,总理对高能物理研究以及高能加速器的预制研究工作作出了指示,并且强调这件事不能再拖延下去了。

我国研制高能加速器的计划,开始于 1956 年,到 1979 年底结束。在这期间,经历了六次下马和七次上马。这条路远比想象中要艰难。

这一决定意味着我国高能加速器计划第七次下马。

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1980 年“八七工程”停止之后,高能物理学家们共同对方案调整这一问题进行了研究。

来源 | 中国科学院高能物理研究所

邓小平提出了“高能物理不断线”。然而,大家对于下一步的工作依旧怀有很大的担忧。“八七工程”的 1.2 亿元预制经费,目前仅仅还剩下约 9000 万元。

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抉择时刻

在这关键的时刻,美籍华裔的物理学家李政道行动了起来。他立下决心,要帮助中国去寻觅一条与中国国情相适配的、用于发展高能物理的道路。

1981 年 3 月,他于费米实验室举办了一个非正规的工作研讨会。中国科学院派遣了高能所的朱洪元和谢家麟前往美国进行洽谈事宜。

桌上摆着两个选项。一个选项是由高能物理所所内商定的 5GeV 质子同步加速器。另一个选项是美国斯坦福直线加速器中心所长潘诺夫斯基提出的建造 2×2.2GeV 正负电子对撞机的建议。

与会者普遍认为,这台正负电子对撞机能量不算高,规模较为适中。它能够开展国际前沿的高能物理研究工作,同时还具备同步辐射应用的功能。在当时经费仅有 9000 万元的情况下,它是中国在高能物理领域能够迎头赶上世界先进水平的绝佳方案,非常适合中国的国情。

这个提议在国内引发了争议。国外专家估计造价不到 2000 万美元,按当时汇率恰好为 9000 万人民币。然而,中国国情不同,造价到底会是多少呢?对撞机技术存在困难,中国在加速器技术方面较为落后,能否做出来呢?中国在大工程管理方面缺少经验,能否管理好这个尖端工程呢?

方案一直持续讨论到 1981 年底。国内科学家被多次广泛组织起来进行论证和调研。两条路线的优缺点被反复对比权衡。最终确定了北京正负电子对撞机(BEPC)的方案。

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“对撞”之光照亮未来

1984 年 10 月 7 日,北京正负电子对撞机工程开始动工。这一天,邓小平等党和国家领导人为该工程举行了奠基仪式,这意味着中国高能物理研究迈入了一个全新的阶段。

然而,工程建设遭遇了诸多波折。当时,中国在加速器技术领域处于相对落后的状况,对于大工程的管理经验也有所欠缺。面对这些艰难的情况,科学家们并未选择退缩,而是毅然选择迎难而上。他们凭借着自身对科学的坚定追求以及对国家的强烈责任感,成功攻克了一个又一个的技术难题。

在建设过程中,所有科学家和工程技术人员都提倡节约,不追求排场。所领导的办公室以及工程领导的办公室,都使用原有的房间,没有进行任何装修,面积一般在十几平方米以内,也没有按照级别来分配多大面积的办公室。

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工人们正在仔细安装电子直线加速器第一节加速管

来源 | 中国科学院高能物理研究所

1988 年 10 月 16 日这一天,北京正负电子对撞机达成了正负电子的对撞。此事件标志着中国在高能物理研究方面向前迈出了坚实的一步,同时也向世界宣告了中国在高能物理领域开始崛起。

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第三代北京谱仪(BESIII)

来源 | 中国科学院高能物理研究所

我国高能物理研究依托北京正负电子对撞机得以蓬勃发展,并且结出了丰硕的成果,这些成果为凝聚态物理等多学科应用研究提供了先进的实验平台,包括凝聚态物理、材料科学、生物医学、资源环境、微电子及微机械技术等。

北京正负电子对撞机获得了多项重要奖项。其中,1990 年荣获国家科技进步特等奖;其重大改造工程在 2016 年荣获国家科技进步一等奖。此外,还获得国家自然科学二等奖和科技进步二等奖以上奖项共 7 项。

北京正负电子对撞机进行了立项,完成了建设,并且投入了运行。这是中国高能物理研究发展的一个缩影。它汇聚了无数科学家的心血和智慧,体现了科学家们勇于探索的精神,敢于创新的精神,不畏艰难的精神,以及无私奉献的精神。正是凭借这种精神,推动了中国高能物理研究从起初的无到有,逐渐发展到后来的从小到大,再到如今的从弱到强,让中国在世界高能物理领域占据了一席之地。

参考文献:

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