对撞机 “撞”开微观世界之门

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▲ 北京正负电子对撞机（BEPC）全貌。（资料图片）ces鄂东网|www.xianzhaiwang.cn

？ 安放在BEPC储存环南端对撞区的大型通用探测器——北京谱仪。 经济日报记者 沈 慧摄ces鄂东网|www.xianzhaiwang.cn

▼ BEPC一角。经济日报记者 沈 慧摄ces鄂东网|www.xianzhaiwang.cn

近日，科学界的一场争辩让一个“高冷”名词——对撞机，意外走进公众视野。ces鄂东网|www.xianzhaiwang.cn

9月4日，著名物理学家、诺贝尔奖得主杨振宁发文称，中国今天不宜建造超大对撞机。随之，以菲尔兹奖获得者、哈佛大学数学与物理学教授丘成桐和中科院高能物理研究所所长王贻芳为代表的科学大咖们提出异议。据此，围绕中国要不要建大型对撞机的讨论持续发酵。ces鄂东网|www.xianzhaiwang.cn

这个“惹皱一池春水”的对撞机到底是什么？它是如何工作的？又有何用？日前，《经济日报》记者独家探访北京正负电子对撞机（BEPC），一瞧究竟。ces鄂东网|www.xianzhaiwang.cn

长啥样？ces鄂东网|www.xianzhaiwang.cn

外形酷似羽毛球拍ces鄂东网|www.xianzhaiwang.cn

眼下，中国对撞机正处于舆论的漩涡。不过，周末的北京西郊玉泉路19号乙院，仍是一如既往的安静。ces鄂东网|www.xianzhaiwang.cn

顺着院内的林荫小道，爬上一段缓坡，一片不起眼的低矮小楼映入眼帘，这些小楼的地下隧道就是世界八大高性能加速器之一的北京正负电子对撞机所在地。ces鄂东网|www.xianzhaiwang.cn

秦庆，高能所副所长兼加速器中心主任、高能粒子加速器学家，在这座神秘的地下迷宫已工作了近30年。“北京正负电子对撞机由注入器、输入线、储存环、北京谱仪和同步辐射装置等部分组成。”顺着秦庆手指的方向，记者注意到沙盘上这个闪着红蓝两种光的大科学装置模型：它犹如一个横卧的羽毛球拍，类似圆形的球拍是实际周长240米的储存环，球拍的把柄是实际全长202米的直线加速器，球拍的顶端则是获取对撞数据的核心装置——北京谱仪。ces鄂东网|www.xianzhaiwang.cn

虽然有些“其貌不扬”，但这个“羽毛球拍”要对撞的可不是一般的东西，而是以每秒近30万公里的速度（约等于光速的99．9999%）运动的正、负电子。ces鄂东网|www.xianzhaiwang.cn

随着科学技术的进步，人类对于物质结构的认知从分子、原子、原子核层次，逐步深入到更小的结构单元——电子和夸克。小到灰尘、细胞，大到地球和星系，都以基本粒子作为起点。然而，这些基本粒子并不直接组成物质，它先组成了核子，核子与各种粒子又组成了世间万物。可粒子的质量从何而来，物质的最小单元是什么，有没有其他形式的物质……这些科学问题无从得知。ces鄂东网|www.xianzhaiwang.cn

如何揭开这些谜题？需要对微小的基本粒子进行研究。但这一精细活儿只能让擅长探索微观物质世界的“超强显微镜”对撞机来干。ces鄂东网|www.xianzhaiwang.cn

1962年，第一台正负电子对撞机AdA在意大利弗斯卡蒂实验室建成，周长约4米，只有桌面大小。次年，美国的普林斯顿、斯坦福合作的双环对撞机和前苏联新西伯利亚的VEP-1双环对撞机陆续建成。此后，随着粒子物理的发展，对撞机如雨后春笋出现在各大高能物理实验室。ces鄂东网|www.xianzhaiwang.cn

科学家们这般“前赴后继”其实只为一解心中的谜团。“人类长期以来一直被物质的本性、宇宙的起源、生命的本质、心理的作用等四个问题所困扰，其中前三个问题都与基于加速器（对撞机是加速器的一种）技术的大科学装置的发展紧密相关。”诺贝尔经济学奖获得者赫伯特·西蒙在1986年的一次演讲中公开表示。ces鄂东网|www.xianzhaiwang.cn

咋工作？ces鄂东网|www.xianzhaiwang.cn

粒子光速“狂奔”互撞ces鄂东网|www.xianzhaiwang.cn

可是，对撞机到底是如何工作的呢？在秦庆的带领下，记者走进这座地下迷宫。ces鄂东网|www.xianzhaiwang.cn

只见两排并列的酷似小火车的装置向远方蜿蜒着，其上各种纷繁复杂的各色管线交织在一起。有些不太凑巧，记者来时已持续运行了10个月的北京正负电子对撞机恰逢检修。“正如汽车长时间奔跑需要休息一样，对撞机工作久了也得歇一歇，维修保养下。”秦庆解释。ces鄂东网|www.xianzhaiwang.cn

的确需要歇一歇。1972年，张文裕等18位科技工作者致信周恩来总理，提出建设对撞机的希望。1988年，总投资2.4亿元的北京正负电子对撞机正式开工运行。如今，20多年过去了，这位年事已高的工作者仍未舍得“退休”。ces鄂东网|www.xianzhaiwang.cn

“这是产生电子的电子枪。”一台巨大装置前，秦庆将记者拉回现实：正负电子从直线加速器出来后，经过各自的输运线后储存在环形的高真空管道内，并在各自的轨道以接近光速的速度“狂奔”，科学家们利用电磁场调整其奔跑方向，补充其损失能量，使之在指定的位置上对撞。有着数万个数据通道的北京谱仪，则犹如几万只眼睛，实时观测对撞产生的“碎片”——次级粒子并加以研究。ces鄂东网|www.xianzhaiwang.cn

听起来似乎很简单，不过科学家想要监测到撞出的新粒子或研究次级粒子内部结构却非易事：接近光速的粒子以每秒上亿次的频率不间断对撞，有“价值”的对撞只有几次；同时，粒子相互碰撞的瞬间产生的新粒子，寿命极其短暂且很不稳定，很快就会“衰变”或重组。ces鄂东网|www.xianzhaiwang.cn

困难不言而喻，但这样的挑战于物理学家们而言则是一种乐趣。根据英国物理学家希格斯1964年的猜想，宇宙诞生最初并没有希格斯粒子（科学家按照粒子物理学标准模型预言存在的一种粒子），各种基本粒子都如光子一般，以光速横冲直撞。宇宙诞生十几秒后，希格斯粒子诞生并形成“希格斯场”。除了光子，其他的基本粒子与希格斯粒子发生碰撞后，就如同轻巧的棉花吸饱了水分一般，获得了质量，而速度则慢了下来。但这个让宇宙产生质量被誉为“上帝粒子”希格斯粒子到底存在与否？各国物理学家找了几十年。ces鄂东网|www.xianzhaiwang.cn

2012年，希格斯粒子在欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（LHC）的实验中被发现，至此，当代粒子物理学的基石——标准模型预言的所有粒子均被发现。ces鄂东网|www.xianzhaiwang.cn

有何用？ces鄂东网|www.xianzhaiwang.cn

微观模拟宇宙大爆炸ces鄂东网|www.xianzhaiwang.cn

希格斯粒子的“惊鸿一瞥”，似乎为标准模型画上了一个圆满句号，不过喜欢刨根问底的物理学家们仍感觉有些“美中不足”：虽然标准模型在解释对撞机的实验现象时犀利无比，但它无法解释暗物质、暗能量、真空能、宇宙演化、宇宙中物质的正反不对称性等一系列基本问题。ces鄂东网|www.xianzhaiwang.cn

而对希格斯粒子的进一步探索，或有可能为上述重大问题提供关键性线索，甚至可能最终解释上述谜团。“借助对撞机实验继续研究希格斯粒子，或有可能揭示暗物质的本质，因为暗物质世界与我们的世界之间，原则上可以通过希格斯粒子进行‘沟通’。”一些物理学家称。

对撞机 “撞”开微观世界之门

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