鄧小平同志曾說：“過去也好，今天也好，將來也好，中國必須發(fā)展自己的高科技，在世界高科技領(lǐng)域占有一席之地?！边@其中，大科學(xué)裝置的存在和應(yīng)用水平，正是一個國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展的具象。它如同一塊巨大的磁鐵，能夠集聚智慧，構(gòu)成一個多學(xué)科陣地。而作為典型的大科學(xué)裝置，北京正負電子對撞機的研制及重大改造工程的成功無疑為這塊磁鐵更添磁力。

1988年10月16日凌晨5點56分，我國第一座高能加速器——北京正負電子對撞機(BEPC)首次對撞成功。這是我國繼原子彈、氫彈爆炸成功、人造衛(wèi)星上天之后，在高科技領(lǐng)域又一重大突破性成就。

2003年，在穩(wěn)定、高效地運行了15年后，北京正負電子對撞機圓滿地完成了預(yù)定的科學(xué)使命。為了適應(yīng)世界高能物理的發(fā)展，繼續(xù)保持北京正負電子對撞機在科學(xué)上的競爭力，經(jīng)國家有關(guān)部門批準，中國科學(xué)院高能物理研究所決定對對撞機加速器和探測器進行重大改造(BEPC II工程)。

2004年5月1日北京正負電子對撞機進行重大改造工程啟動。

何謂正負電子對撞機

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認識逐步深入到細胞、分子、原子和原子核等深層次。要想研究物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，首先要把它打碎。粒子加速器就是用高速粒子去“打碎”被測物質(zhì)的科學(xué)設(shè)施，而正負電子對撞機是一種先進的粒子加速器。

科學(xué)家們認為，構(gòu)成物質(zhì)世界的最基本單元是比質(zhì)子還小的夸克和輕子。北京正負電子對撞機的主要研究對象就是夸克、輕子家族中的兩個成員——c夸克和τ輕子，記錄它們對撞時產(chǎn)生的物理量，搜索碰撞產(chǎn)生的新粒子。正負電子對撞機的任務(wù)是給這些粒子加速，為它們提供碰撞場所，記錄碰撞數(shù)據(jù)。

十年磨一劍

1988年10月16日，北京正負電子對撞機建造成功并首次實現(xiàn)正負電子對撞。從此，中國進入了能進行高能物理實驗研究的科技先進國家之林。然而，這一切來之不易。

BEPC的第一任工程經(jīng)理謝家麟說，從建國初期開始，建造自己的加速器基地、發(fā)展高能物理就成為中國高能物理學(xué)家的迫切愿望。

1972年，物理學(xué)家張文裕率領(lǐng)謝家麟等17位科學(xué)家寫信給周恩來總理，建議中國建造一臺高能加速器，開展高能物理實驗研究，得到周總理的批準，至此，高能加速器建設(shè)正式啟動。1973年，高能物理研究所成立。

1975年3月，周恩來總理、鄧小平同志在《關(guān)于高能加速器預(yù)制研究和建造問題的報告》上作了批示，高能所開始了高能加速器的預(yù)制研究。1977年11月，在鄧小平的推動下，中央批準了代號為“八七工程”的項目，即用10年的時間在北京建造一臺500億電子伏質(zhì)子同步加速器。

1979年，鄧小平訪美時，中美雙方簽署了中美兩國在高能物理領(lǐng)域的合作協(xié)議。這是中美兩國科技合作的第一個執(zhí)行協(xié)議，從此打開了中美兩國科技合作的大門。

1980年底，國民經(jīng)濟調(diào)整，基建收縮，中央決定“八七工程”下馬，但高能不能斷線。1981年3月，物理學(xué)家朱洪元、謝家麟和當時在美的訪問學(xué)者葉銘漢，在美國費米國家實驗室與美國參加合作的幾個實驗室的專家舉行了非正式、通報中國高能調(diào)整方案的討論會。美國斯坦福直線加速器中心所長潘諾夫斯基提出了中國應(yīng)陔建造一臺22億電子伏特正負電子對撞機的建議。

1981年12月22日，中國科學(xué)院正式向黨中央、國務(wù)院提出了在北京建造2×22億電子伏特正負電子對撞機的方案。鄧小平同志當日批示：“他們所提方針，比較切實可行，我贊成加以批準，不再猶豫?！?/p>

1983年4月，國務(wù)院批準了對撞機工程計劃任務(wù)書：同年12月中央決定將對撞機工程列入國家重點建設(shè)項目。

1984年10月，北京正負電子對撞機終于動工興建。鄧小平同志在參加奠基典禮時說：“我相信，這件事小會錯?！?/p>

鋒利不尋常

1986年，謝家麟因健康狀況不佳辭去了北京正負電子對撞機工程經(jīng)理的職務(wù)，將接力棒傳給了方守賢。

從1990年開始運行到2005年改造升級的15年間，北京正負電子對撞機累計穩(wěn)定高效運行約8萬小時，其中約40％用于為北京譜儀開展高能物理實驗提供束流，25％用于為同步輻射應(yīng)用提供束流，12％用于加速器機器研究，總運行效率高于90％。

“與此同時，北京正負電子對撞機一機兩用，它的北京同步輻射裝置(BSRF)是目前國內(nèi)唯一的x射線同步輻射光源，提供從硬X－射線到真空紫外寬波段的強輻射光，是我國重要的同步輻射技術(shù)研究基地和開展凝聚態(tài)物理、材料科學(xué)、化學(xué)、生命科學(xué)、資源環(huán)境及微電子技術(shù)等多學(xué)科交叉前沿研究的重要基地?！狈绞刭t說。

在重大改造工程進行期間，北京同步輻射裝置完成了配合BEPCII工程的改造任務(wù)，已經(jīng)擁有5個插入件、14條光束線和14個實驗站，綜合性能全面大幅提高。自1991年開放運行以來，北京同步輻射裝置已形成了一支穩(wěn)定、高水平的用戶隊伍，每年接待200多個研究課題進行實驗，取得了許多重要成果。例如，在2003年正式投入使用的我國第一條生物大分子晶體學(xué)光束線與實驗站上，首次獲得了SARS病毒蛋白酶大分子結(jié)構(gòu)、菠菜捕光膜蛋白晶體的結(jié)構(gòu)等。

引得群芳爭艷

有人說，高能物理屬于純基礎(chǔ)研究，是一枝獨秀。對此，方守賢并不認同：“高能物理不是昆侖山上的雪蓮，而是牡丹園里的牡丹，引起群芳爭艷?！备吣芪锢聿粌H打開了中美兩國科技合作的大門，而且通過北京正負電子對撞機的建設(shè)帶動了很多工業(yè)的尖端技術(shù)以及其他學(xué)科的繁榮和昌盛。

通過北京正負電子對撞機，最早開通了我國第一條國際計算機高速通信線路，使我國與美國、日本及歐洲等國間的高能物理國際合作研究組之間通過國際計算機網(wǎng)絡(luò)進行及時快捷的聯(lián)絡(luò)：在國內(nèi)最先為上千位科學(xué)家提供電子郵件服務(wù)，還為我國信息高速公路工程起到了先驅(qū)作用。

此外，北京正負電子對撞機在推動我國相關(guān)工業(yè)與研制技術(shù)的提高和發(fā)展方面也起到了積極的影響和推動作用。

對撞機涉及高功率微波、高性能磁鐵、高穩(wěn)定電源、高精密機械、超高真空、束流測量、自動控制等高技術(shù)，其設(shè)計指標幾乎都是當時技術(shù)的極限。對撞機的建設(shè)不僅發(fā)展了高能物理電子學(xué)技術(shù)，推動了我國微波和高頻技術(shù)的發(fā)展，使我國真空技術(shù)提高到了新的水平，使我國高精度電磁鐵和大功率穩(wěn)定度電源制造技術(shù)達到了國際水平，為同步輻射光學(xué)工程技術(shù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，對低能加速器的發(fā)展產(chǎn)生了積極影響，同時也為一些企業(yè)參與大科學(xué)工程建設(shè)提供了發(fā)展契機。

迎難而上

2004年1月，北京正負電子對撞機重大改造工程(BEPCII)動工，計劃工期5年。BEPCII改造的主要目標是提高對撞機的性能，使相同時間里獲取的物理數(shù)據(jù)增加兩個數(shù)量級。

“在改造過程中我們也面臨很多挑戰(zhàn)?！北本┱撾娮訉ψ矙C重大改造工程(BEPCII)副經(jīng)理張闖舉例說，美國康奈爾大學(xué)的正負電子對撞機原先在2×56億電子伏特高能量下工作，但看到BEPC取得了大量成果，在2001年他們也提出了將束流的能量降低到BEPC的能區(qū)工作的計劃。而且他們的主要設(shè)計指標超過了BEPC的對撞機性能，與當時BEPCII改進的目標相同。

“為了繼續(xù)保持在國際高能物理研究上的優(yōu)勢，我們只能接受挑-錢，迎難而上?！睆堦J說。研究人員提出了新的改造方案，設(shè)計對撞亮度比BEPC高100倍，是康奈爾大學(xué)對撞機CESRc的3～7倍，從而大大提高了競爭力。

北京正負電子對撞機重大改造工程在參考國際先進對撞機的雙環(huán)方案基礎(chǔ)上，根據(jù)“一機兩用”的設(shè)計原則，采用了獨特的三環(huán)結(jié)構(gòu)，滿足了科學(xué)目標的要求。張闖介紹，對撞機的改造與20年前的對撞機相比，指標更高、難度更大，同時我國的科技能力和工業(yè)水平也有了長足的進步。

張闖說，高能物理研究沒有止境，現(xiàn)在世界各國部在提各種方案，他們也在研究下一步提高能力的措施和方法，我們也有可能還會根據(jù)新的需要將BEPCII進一步升級提高。