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北京正负电子对撞机取得了哪些成就?

【YimingLi的回答(68票)】:

这个问题应该还是BEPC(北京正负电子对撞机)或者BES(北京谱仪,BEPC上的探测器实验)的专家来回答,我来抛个砖。先从维基百科上抄一段儿供参考:

高能物理研究所通过它进行了大量高能物理研究,曾精确测量τ子质量、R值(正负电子对撞经单光子湮没而产生强子的零阶截面),并发现了新的共振结构。而它的同步辐射装置则使其成为了多学科的大型公共实验平台,在其上进行过大量同步辐射专用光实验,包括曾测定了SARS冠状病毒蛋白酶等大批重要蛋白质结构。

BEPC和BES上的物理,今年正好看到annual review of physics: nuclear and particle science 上有篇综述,适合有一些粒子物理基础的读者:arxiv.org/abs/1603.0943 分了tau轻子质量测量、R值扫描、轻强子、粲夸克偶素、奇异态(比如四夸克态)、粲物理几个方面讲了有代表性的重要结果。作为没做过BES的高能物理实验从业人员,我觉得国际上对BEPC在tau轻子和粲夸克能区物理的领先地位是没有异议的。

“tau轻子和粲夸克能区”是神马?!说人话!好吧来看看标准模型的基本粒子(请忽视我的草稿纸渣手绘):

夸克和轻子可以看成搭建我们物质世界的砖块;(红色的)玻色子们传递相互作用,如果你对粒子物理一无所知的话就……把它们想象成砖块之间的浆糊吧……;紫色这位就是今年风头很火的Higgs啦,有了它才有了电弱相互作用的破缺,才产生了基本粒子的质量。说到质量,这就是图里大小不同的圈圈所示意的,当然不完全成比例,咱们看个相对关系。上、下夸克是质量轻的那头,咱们生活的宏观世界里99.999....%由质子中子组成,组分都是这俩;顶夸克和Higgs是重的那头,质量大就意味着产生它们需要的能量多,所以这些大胖子都是近二十年内才刚刚在高能对撞机上发现的。而粲夸克和tau轻子夹在中间,BEPC的能量范围2-5GeV研究它们正合适。一方面这个能量上有些独特的物理,另一方面准确测量tau轻子、粲物理的参数,也是更高能量上的重要输入参数。夸克和轻子可以看成搭建我们物质世界的砖块;(红色的)玻色子们传递相互作用,如果你对粒子物理一无所知的话就……把它们想象成砖块之间的浆糊吧……;紫色这位就是今年风头很火的Higgs啦,有了它才有了电弱相互作用的破缺,才产生了基本粒子的质量。说到质量,这就是图里大小不同的圈圈所示意的,当然不完全成比例,咱们看个相对关系。上、下夸克是质量轻的那头,咱们生活的宏观世界里99.999....%由质子中子组成,组分都是这俩;顶夸克和Higgs是重的那头,质量大就意味着产生它们需要的能量多,所以这些大胖子都是近二十年内才刚刚在高能对撞机上发现的。而粲夸克和tau轻子夹在中间,BEPC的能量范围2-5GeV研究它们正合适。一方面这个能量上有些独特的物理,另一方面准确测量tau轻子、粲物理的参数,也是更高能量上的重要输入参数。

BEPC除了直接的结果,间接的成就还有啥呢?我知道的:

  • 开头维基也说了,同步辐射光源成了大型公共实验装置。
  • 培养了一批人才队伍——队伍的意思是说,有建加速器的,有搭粒子探测器的,有做电子学的,有搞触发系统的,有做大规模计算的,有写软件、分析数据的……同时也积累了多人大合作组、国际交流的经验。
  • 另外还时不时搞个公众开放日,努力做些科普。家人今年去过,表示很热闹也很有收获。

【ZXHuo的回答(17票)】:

谢邀。首先声明,我不是高能物理实验从业人员,我是吃瓜群众,所以在这里我不涉及科学成果,只说社会价值。

首先是面向公众的科普价值。

今年高能所公众日,我带我妈参观了北京正负电子对撞机。我妈已经退休了,退休前在医院从事临床生化检验工作,50后,没正经上过大学,卫校毕业,工作以后零零散散的参加过一些专业培训、进修,跟生化检验打了大半辈子的交道,90年代以前试剂基本上靠现用现配,也没有现在这么先进的光电检测装置,后来技术进步了,她感觉工作是越来越容易了,因此对显微镜、离心机、光谱仪等等装置并不陌生,而且打心眼里认为新技术是好的和重要的。但没多少基础学科方面的素养。

我和我爱人都从事物理或物理相关的研究工作。我做天体物理数据分析以及空间天文技术,我爱人做粒子物理实验。我其实一直头疼要怎么跟父母这一辈的人说清楚,我们俩到底是干啥的。所以我就挑了高能所公众开发日,带我妈去瞧瞧,看能不能结合实际的装置,说清楚这个问题。以上是背景信息。

我把加速器比喻成样品的来源,把对撞机比喻成切片制备的装置,把探测器(谱仪)比喻成显微镜,跟我妈介绍粒子物理实验的原理。她其实也没怎么听我讲,主要还是在听现场的高能所专家在介绍……高能粒子经过加速器一道一道的加速和聚焦,准确的在探测器相对很小的空间里对撞,然后对撞顶点的数据被采集到,这在我妈看来还是很震撼的。

图1、张闯研究员在激情洋溢的为大家讲解

图2、还是张闯研究员在讲解,围观群众果然对探测器部分的兴致最高

图3、谱仪,以及合作国家与地区的国旗/区旗

结束了一天的参观之后,我妈表示,把我送出去上大学、十几年来每当同事、邻居们问起来,又说不清子女到底在干啥,而现在她终于可以告诉她那些一起跳广场舞的老伙伴儿们了。她还顺便买了几个公众日纪念信封回家,打算送给朋友们。

其次,促进国际地区间合作

这一点是我上传前面的照片时,看到几面国/区旗(当然不能与LHC的合作国家数量相比)时想到的。

BEPC于1988年首次实现对撞,1989年通过验收,1991年开始运行,而我开始上小学。

90年代与西方国家搞国际合作还是挺不容易的。记得我小时候,新闻联播里常常播送的内容就是美国对华又要制裁又要限制的。1991年,北京正负电子对撞机开始运行的第一年,对撞机的计算网络就与美国的SLAC等实验室建立了网络连接。而更早之前,1986年,也是从高能所,向CERN发出了一封电子邮件,标志着我国开始联入国际互联网。

有时我甚至想,我国高能物理的发展,客观上应该也促进了对外交流合作吧。小小一根网线,对于CERN或者美国SLAC实验室来说,不过是连接了一个发展中国家的计算网络,但对于我们这个发展中国家来说,特别在那样特别的历史时期,意义可不小。一带一路要花多少钱?海上丝绸之路要花多少钱?支援亚非拉兄弟要花多少钱?被封锁、孤立要损失多少钱?

从这个角度来说,Great Collider比Great * Wall好。

然后,还有面向社会其它行业、领域、单位的应用价值,集中体现在北京同步辐射装置的应用价值上。我不是该装置的用户,我就当一回搬运工好了。

北京同步辐射装置主页上的科研亮点介绍:2015----北京同步辐射装置

该网页还有历年利用该装置发表的文章,主要是材料、生物、医学等方面的工作。

【中科院之声的回答(59票)】:

北京正负电子对撞机(BEPC)于1988年10月在中国科学院高能物理所建成。它坐落于北京西郊八宝山东側,占地50000平方米。

2003年底,国家批准了北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCII)。北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCII)是我国重大科学工程中最具挑战性和创新性的项目之一,工程于2004年初动工,2008年7月完成建设任务,2009年7月通过国家验收。

BEPCII在2009年7月对撞亮度达到3.2×1032cm-2s-1的指标并通过国家竣工验收后,迅速投入高能物理实验取数,在1-2.3GeV的束流能量范围长期稳定高效运行。

在随后几年的运行中取得了“首次发现带电类粲偶素Zc(3900)及其伴随态”等重大物理成果,受到国际高能物理界的高度评价。

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,主要开展粲物理研究,预期在多夸克态、胶球、混杂态的寻找和特性研究上有所突破,使我国在国际高能物理领域占据一席之地,保持在粲物理实验研究的国际领先地位。

同时又可作为同步辐射光源提供真空紫外至硬X光,开展凝聚态物理、材料科学、生物和医学、环境科学、地矿资源、以及微细加工技术方面等交叉学科领域的应用研究,达到“一机两用”。

2016年3月25日开始,BEPCII进行加速器机器研究,加速器中心的调束和运行人员协同作战,调试对撞亮度取得突破。

4月5日凌晨,对撞亮度达到9.98×10^32/cm^2/s,创造了该能区对撞亮度的最新世界纪录

4月5日晚22:29,北京正负电子对撞机(BEPCII)对撞亮度达到1×10^33/cm^2/s ,标志着对撞机的性能达到改造前的100倍

BEPCII的对撞亮度达到BEPC的100倍、美国康奈尔大学CESRc的14倍,居于粲能区对撞机的国际领先水平。

BEPCII对撞亮度达到1×10^33/cm^2/sBEPCII对撞亮度达到1×10^33/cm^2/s

关注北京正负电子对撞机的进展和成果可以关注右边的网站 一类设施----中国科学院重大科技基础设施共享服务平台

【右上角小目的回答(8票)】:

伸手党。既然是小白那先看了百度百科再来说么,以下是百度百科的内容

-------以下是度娘-------

在高能物理实验研究领域,取得了一系列国际领先的研究成果。1992 年,τ轻子质量测量的精确结果纠正了过去τ轻子质量的实验偏差,并把精度提高了10倍,证实了轻子普适性原理,被国际上评价为当年最重要的高能物理实验成果之一;1999年,对2-5GeV能区的强子截面进行了测量,将过去世界平均值的精度从15-20% 提高到6.6%,将Higgs质量从61GeV改变到90GeV,解决了标准模型与实验结果的一个矛盾,得到了国际高能物理界的高度赞扬;2005年,发现的新型粒子X1835开辟了一个国际前沿研究热点领域,将在多夸克态寻找和研究等方面做出重要贡献。

作为同步辐射装置,是目前国内唯一可以提供从硬X射线到真空紫外光的宽波段同步辐射光源,为凝聚态物理、材料科学、生物医学、软X光学、微电子及微机械技术等多学科应用研究提供了先进的实验平台。中国第一条生物大分子晶体学实验站于2003年建成并正式投入使用,首次获得了具有重要生物学意义的SARS冠状病毒蛋白酶大分子结构、菠菜捕光膜蛋白晶体的结构等重要成果。

------以是度娘-------

好了,客官你要的成果,第一段是于物理学的贡献,第二段是于实际应用的贡献,可以看出BEPC对中国、对世界都有不小的贡献。更多知识请看这里科研项目----中国科学院高能物理研究所,高能所会通报科技成果的。

如果真心想了解,只要上一上相关网站一搜就能搜出来。顺便,从度娘的第一段话中我们能抽取到一个极为有用的信息:正负电子对撞机特别适合于做精确测量。这也是CEPC所追求的,只不过BEPC关注的是τ和c的精确测量,而CEPC关注的是希格斯粒子的精确测量。

【时雨寒的回答(0票)】:

本人刚到高能所读研,利益相关?一般吧,建不建CEPC我都要毕业……

因为我不是做高能理论的,对物理方面不太懂,只说建设BEPC所带来的好处。

1、BEPC是中美技术合作的第一项大的科学工程,间接的效应是从此开始中国可以从日本和欧美引进新技术,其原因之一是因为高能物理通常与军事等保密技术相关性小(不过军事的实验室通常都建有加速器,用途不同);

2、另外,高能所最早引进互联网,在一定程度上推动了国内的网络技术;

3、BEPC一机两用,兼用同步辐射光源,主要用于材料、生物、医学、化学等材料结构、大分子的成像(SARS的病毒结构是在高能所测的),目前光源世界上有六七十台,日本一家就有12还是13台(具体忘了,可见日本这方面技术之强大),中国只有三台(BEPC,上海、合肥),而其主要技术之一就是加速器技术,建设BEPC为中国建设光源积累了技术和人才;

4、微波与高频技术的发展,曾与广电部门合作,促进了电视等技术的应用;

5、超导磁铁与高场核磁共振技术(来源于建设BEPC),目前好像还没见医院用国产的磁共振机器,但是技术上实现以后,进口产品的价格大幅降低(有老师说降至原十分之一);

6、散裂中子源的建设,和光源类似,主要技术之一是加速器技术。

7、看有提到pet-ct技术的,也是高能所目前在做的东西,最有前景的用途是癌症早期检查。

其他还有真空技术、电子学探测技术也与相关行业有所合作,当然,建设BEPC主要目的还是进行高能实验,物理方面可以参看其他回答。总之(目前来看)正负电子对撞机建的很值,现在中国的加速器可以出口国外,假设当年不搞这个东西,中国在这方面可能是一片空白,至于现在建不建CEPC,那也要按基本法呀,当然中央的决定权也是很重要的,毕竟目前这么多行业要发展,都需要钱啊。

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