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北京正负电子对撞机:撞出粲物理领域三十年领先

来源:本站  发布时间:2019-05-22 17:00  

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  除了2004年至2008年进行的重大改造工程以及每年的检修时间,在这个地下的庞然大物里,正负电子几乎一刻不停地对撞,产生各种粒子事例,由布设在对撞区周围的谱仪捕捉,再由科学家初选出事例、进行物理分析。   进入中科院高能物理所44年,张闯几乎参与了北京正负电子对撞机及其重大改造工程的全过程。

在世界上最权威的粒子数据表上,北京谱仪测量的数据超过1000项,每一项数据就是一项成果。

可以说,粲物理领域的绝大多数精确测量都是北京谱仪合作组完成的。

张闯很骄傲,他和他的同行,见证了北京正负电子对撞机成就的粲物理领域30年领先。

  超高能研究必须对撞  高能物理所研究员、北京谱仪III发言人苑长征介绍说,北京正负电子对撞机是一台高能加速器,它提供的正负电子束流主要做两件事:一是高能物理实验,即北京谱仪实验,产出了一系列重大成果;二是同步辐射应用研究,也就是利用对撞时产生的同步辐射光供诸多学科领域开展研究,每年有大约500多个实验在这里完成。   张闯研究员展示了一张漫画,两只小松鼠站在机器的两头,手中各拿着一个核桃,把核桃往地上扔可能打不开,但让两个核桃高速对撞可能就能撞开。

我们实际上就是要把粒子对撞打开,看里面是什么东西。

速度越快、撞得越碎,越可能有所发现。

他用这个例子解释了为什么要对撞。   如果不对撞,而是用电子束打静止靶,产生的有效的相互作用能量要小得多。 1954年,著名的物理学家费米提出建造质心能量为3TeV的高能加速器,按当时的技术,采用打静止靶的方案,需要加速器的半径达到8000公里,比地球还要大;而欧洲强子对撞机的半径只有公里,就达到了13TeV的质心能量,所以超高能研究一定要让两个束流进行对撞。

张闯说,但是束流对撞要求粒子多、截面积小、频率高,才能获得足够高的对撞亮度,因此难度也大得多。   正负电子不断对撞,科学家获取分析对撞产生的大量事例,看其中是否可能有一些稀有现象,披沙拣金一般,各种新粒子都是这样现身的。

张闯说。

  在亿万粒子中找不同  在粲物理领域,绝大多数精确测量都是北京谱仪合作组完成的。   这来源于北京正负电子对撞机的卓越性能。 1988年10月16日对撞成功,运行30多年。

对撞机是经过几代人的努力做出来的,我们这一代曾面临康奈尔大学的挑战,对方把能量降下来和我们竞争,一时间超过了我们,我们做了重大改造,在世界同类型装置中继续保持领先地位。

张闯说。

2004年改造以前,对撞机以一对束团,每秒对撞约一百万次,2008年完成改造后,它成为目前的双环结构,约100个束团,每秒对撞约一亿次,加上其他性能的提升,亮度比改造前提高了100倍。

  在粒子物理领域存在三个研究前沿,分别是高能量前沿、高强度前沿、宇宙学前沿,北京正负电子对撞机处于高强度前沿,另外两端分别有大型强子对撞机(LHC)、国际直线对撞机(ILC)、未来环形对撞机(CEPC和FCC)等和高山宇宙线、空间探测器、望远镜等。

  站在极广大和极幽微的端点,物质结构研究尺度不同。

张闯的讲述中,在20世纪初,人类认识的世界小到10的-10次方米的原子,大到10的11次方米远的行星。

到1930年代,这个范围扩大到原子核和恒星。 到了2000年,依托大科学装置,人类的视野深入到10的-18次方米的夸克、扩展到10的25次方米远的浩瀚太空。

对物质结构的探索是人类一步步走出洞穴的过程。   令人惊喜的是,接受采访时,苑长征表示最近有一个重要发现:北京谱仪Ⅲ合作组(BESⅢ合作组)发现正负电子对撞中兰布达超子存在横向极化,合作组利用2009年和2012年采集的13亿粲偶素数据,选出了纯度高、质量好的42万事例,发现由此产生的兰布达超子存在高达25%的横向极化。 这项成果刚在英国《自然·物理》杂志刊出。

  为牵头大科学计划树立规范  张闯打开电脑,进入对撞机的显示页面,屏幕上两条曲线沿时间轴向前推移,一条代表正电子流强的红线,一条代表负电子流强的蓝线,高点约在600毫安,大概一小时后,两条线匀速降至低点,约450毫安,这代表粒子数量越来越少,控制室的工作人员操作按键,注入正负电子,曲线抬头,继续每秒一亿次的对撞。

  来自全世界14个国家、64所研究机构的400多名科学家,每天都可以在世界各地点开这个页面,看到两条曲线。

  从1989年开始实验起,就建立起北京谱仪合作组,这个合作组三十年来一直在一起做实验,是很不容易的。 张闯说,这套由中国牵头的国际重大科学装置的合作规则,也是北京正负电子对撞机的宝贵经验,为后来者做出示范。   它将来会不会寿终正寝?张闯很坦然:我们的优势还会保持十年以上,这十年要继续做实验,比如继续研究轻强子谱和新强子态等,根据实验结果,看是否需要进一步提高性能。   近几年,关于中国是否要建造环形正负电子对撞机(CEPC)的争论持续进行。 去年底,两卷本的环形正负电子对撞机《CEPC概念设计报告》正式发布。

前几天杨振宁在公开演讲中重申反对建设的观点,再次将争论摆上台面。

  有争论很正常。

张闯不假思索,但科学研究会找到自己的方向,比如我们的对撞机继续向前走,有需要可能再改造。 如果暂时不能做高能量前沿,还可以做高强度前沿。 如果因为经费或者技术原因不能做,可以等将来成熟了再做。

  但最好能尽快挺进高能量前沿。

他补充。

较量不可避免,除了欧洲的FCC,日本还可能要做ILC,国际上既有合作、也有竞争。 当然,希望下一代最强对撞机依然在中国。 张闯笑说。

(崔爽)本文来源于上饶新闻网[]本文来源于上饶新闻网[]。

北京正负电子对撞机:撞出粲物理领域三十年领先

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