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我国的粒子物理研究
2009-09-14 |文章来源: | 浏览次数:  |

  上世纪五十年代我国还没有粒子物理研究基地,中国科学家只能参加苏联杜纳联合核子研究所的粒子物理研究工作。中国为此要担负杜布纳研究所费用的四分之一。中国科学家一直酝酿在国内建立中国自己的粒子物理研究基地。 

  1972年8月,以张文裕为首的原子能研究所的十八位科学家上书周恩来总理建议中国发展粒子物理。这个建议立即得到了周总理的支持。周总理在报告上批示“这件事再也不能延迟了”。 

  在周总理的亲自关怀下,1973年正式成立了中国科学院高能物理研究所。此后高能所的科技人员积极筹划建造中国自己的粒子加速器。建造质心能量为5.6千兆电子伏的北京正负电子对撞机的方案终于得到邓小平的批准并在1984年动工兴建。

邓小平亲自为对撞机奠基

  1988年10月,北京正负电子对撞机竣工,1990年10月投入运行。它由直线注入器、储存环、北京谱仪、北京同步辐射装置组成。

北京正负电子对撞机国家实验室鸟瞰图(20世纪80年代)

 北京正负电子对撞机国家实验室鸟瞰图(2009年 )

  至2005年7月结束运行,在长达17年的时间里,北京正负电子对撞机始终紧密跟踪国际前沿技术,突破多项技术难点,保持了长期、稳定、高效的运行,其对撞亮度等主要指标在其工作的质心系2-5GeV能区居国际领先地位,使我国的高能物理研究取得了突破性进展。上世纪90年代以来,获得了τ 轻子质量精确测量、R值测量、发现新共振态等一批重大成果,在τ-粲物理的实验研究领域处于国际领先地位,跻身于世界八大高能物理实验研究中心之列。

  “τ轻子质量的精确测量”精确验证了标准模型理论中的轻子普适性假设。结果比原实验降低了3倍标准偏差,精度提高了一个数量级。

“2-5GeV强子反应截面的精确测量”平均测量精度提高了2-3倍,使精细结构常数a(Mz2) 的误差减少了两倍,大大提高了标准模型对Higgs粒子质量的预测精度。

  2006年1月,北京谱仪II实验观测到一个可能的新粒子,暂时命名为X(1835)。BESIII实验确认了该结构的存在。X(1835)被 PDG 2006认为有可能是质子-反质子束缚态。

  2003年3月,国家发展计划委员会正式批准了北京正负电子对撞机重大改造工程项目(BEPCII),工程总投资估算为人民币6.4亿元,项目建设期5年。工程按进度、按指标、按预算、高质量地完成建设,于2009年7月17日通过国家验收,投入正式运行。BEPCII是一台粲物理能区国际领先的对撞机和高性能的兼用同步辐射装置,它的建成成为国际同类装置建设的一个范例,是中国高能物理发展的又一个里程碑。BEPCII采用国际先进的双环交叉对撞技术,创造性地克服了储存环隧道狭窄、对撞区短的困难,最大限度地利用原有设施,设计对撞亮度提高了30至100倍,并实现了“一机两用”(即高能物理和同步辐射两用),是国际最先进的双环对撞机之一。BEPCII上的大型探测器北京谱仪(BES III)采用了一系列先进设计、技术和工艺,其主漂移室动量分辨及能损分辨、电磁量能器的能量分辨和位置分辨、飞行时间计数器的时间分辨、μ子探测器的位置分辨等主要指标均达到设计要求,处于国际同类装置的先进水平。在工程建设中,高能所坚持以自主创新为主,并与国际先进技术相结合,实现了高水平集成创新,自主研制设备超过85%,有力地推动了国内相关高技术领域的发展。

   BEPCII/BESIII的建成和稳定高效运行为取得重大理物理成果奠定了坚实基础,投入运行后已获取了大量物理事例。2010年2月,BESIII国际合作组发表了利用BEPCII上产生的1亿ψ ′事例获得的首批重要物理成果,预期还将会在轻强子谱、粲偶素、粲物理、量子色动力学、tau物理等方面取得重大物理成果。

   BEPCII/BESIII边运行边改进,主要性能参数亮度不断提高。2011年6月,峰值亮度已达到6.5×1032 cm-2s-1,是竞争对手美国康奈尔大学的CESRc的8倍。日积分亮度约为改造前的88倍,是国际上最先进的双环对撞机之一。BEPCII的科学寿命将至少长达十年,有望不断取得物重大理成果,进一步保持和加强我国在粲物理研究领域的国际领先地位。

  与此同时,高能所还开展了宇宙线粒子物理研究,在西藏羊八井建立了国际宇宙线观测基地。高能所分别与意大利和日本科学家合作建立了先进的大型宇宙线探测器(中意YBJ-ARGO实验与中日ASγ实验),并取得了一批重要观测结果。

  

羊八井国际宇宙观测站

中日合作ASγ实验发现宇宙线各项异性以及围绕银河系中心旋转的证据,2006年10月发表于《科学》,被誉为“里程碑”式的成果。


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