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正負電子對撞機
正負電子產(chǎn)生對撞的設備
正負電子對撞機是一個(gè)使正負電子產(chǎn)生對撞的設備，它將各種粒子（如質(zhì)子、電子等）加速到極高的能量，然后使粒子轟擊一固定靶。通過(guò)研究高能粒子與靶中粒子碰撞時(shí)產(chǎn)生的各種反應研究其反應的性質(zhì)，發(fā)現新粒子、新現象。正負電子對撞同樣也是一種正負粒子碰撞的機制，正電子與負電子在自然界已有產(chǎn)出，人們研究微電子粒子的結構特性，是當今高能粒子物理量子力學(xué)的最前沿的科學(xué)。那自然界有正負電子對撞機的機制嗎？這一機制自然界會(huì )天然存在嗎？新發(fā)現，新探索，在隕落的隕石中就存在著(zhù)自然界的正負電子對撞機制，這一現象也只能用高能物理的量子力學(xué)與四維空間維度解釋。
基本信息
| 中文名 | 正負電子對撞機 |
| 外文名 | electron-positron collider |
| 作用 | 將各種粒子加速到極高的能量 |
| 屬于 | 使正負電子產(chǎn)生對撞的設備 |
| 世界數量 | 有10多臺 |
原理
歷史淵源
正負電子對撞機
1989年12月8日，北京正負電子對撞機同步輻射裝置通過(guò)國家鑒定。由29位專(zhuān)家組成的鑒定委員會(huì )認為，北京正負電子對撞機同步輻射裝置開(kāi)始投入運行，為自然科學(xué)研究、技術(shù)科學(xué)發(fā)展和工業(yè)應用提供了良好的條件，必將對促進(jìn)各學(xué)科的相互滲透和對諸多領(lǐng)域學(xué)科的發(fā)展帶來(lái)巨大的推動(dòng)。
正負電子對撞機
1989年對撞機投入高能物理實(shí)驗，建立了以中國科學(xué)家為主導的北京譜儀合作組，美國十多所大學(xué)和研究所的科學(xué)家參加合作研究，在τ-粲物理領(lǐng)域做出了國際一流的成果，例如中美科學(xué)家1991年在北京譜儀上合作完成的τ輕子質(zhì)量的精確測定，被李政道教授譽(yù)為當年“高能物理界最重要的發(fā)現”。
對撞機又作為同步輻射裝置，在凝聚態(tài)物理、材料科學(xué)、地球科學(xué)、化學(xué)化工、環(huán)境科學(xué)、生物醫學(xué)、微電子技術(shù)、微機械技術(shù)和考古等應用研究領(lǐng)域取得了一大批驕人的成果。利用同步輻射光對高溫超導材料進(jìn)行的深入研究；對世界上最大尺寸的碳60晶體以及在0.1-0.3微米X射線(xiàn)光刻技術(shù)的研究均取得重要突破；在微機械技術(shù)方面，制成了直徑僅4毫米超微電機，這種電機將能在醫療、生物和科研等方面有獨特的用途。
研究未有窮期。為探索物質(zhì)奧秘并造福人類(lèi)，我國科學(xué)家將在不斷認識微觀(guān)世界的跋涉中繼續奮進(jìn)。
正負電子對撞機
改造工程采用的是世界先進(jìn)的雙環(huán)交叉對撞方案，原先電子只有一條“光速跑道”，改造后正負電子各占一條“跑道”進(jìn)行大角度水平對撞，對撞機性能將提高100倍。不過(guò)，改造難度也是超乎想象，十幾噸的設備不能使用大吊車(chē)安放，數萬(wàn)根電纜一根都不能接錯，這些僅僅是改造工程千頭萬(wàn)緒的幾縷。
“比如隧道原來(lái)是給單環(huán)設計，空間狹小，現在安裝雙環(huán)就擁擠到了極點(diǎn)。國外成功的雙環(huán)對撞機是在80米距離內實(shí)現電子對撞再分開(kāi)，我們必須在28米內實(shí)現。”陳和生說(shuō)，改造中許多技術(shù)和設備國內從未有過(guò)，而高能物理對撞機的加工精度比航天、航空領(lǐng)域還要高。
北京正負電子對撞機在我國大科學(xué)裝置工程中赫赫有名，為示范之作。1988年10月16日凌晨實(shí)現第一次對撞時(shí)，曾被形容為“我國繼原子彈、氫彈爆炸成功、人造衛星上天之后，在高科技領(lǐng)域又一重大突破性成就”。北京正負對撞機重大改造工程的實(shí)施，將讓這一大科學(xué)裝置“升級換代”，繼續立在國際高能物理的前端。
先進(jìn)行列
正負電子對撞機
同時(shí)，作為典型的大科學(xué)裝置工程，對撞機建設規模巨大，大量采用世界上最先進(jìn)的高技術(shù)，具有投資高、投入人力資源量大和建造周期長(cháng)等特點(diǎn)。1984年10月，北京正負電子對撞機動(dòng)工興建，在當時(shí)的國民經(jīng)濟發(fā)展形勢下，國家向對撞機投入了2.4億元。
當年在北京西郊玉泉路，鄧小平興致勃勃地為北京正負電子對撞機動(dòng)工揮鍬送出第一塊奠基土。針對當時(shí)對撞機建設是否“超前”的爭議，他對周?chē)苏f(shuō)：“我相信，這件事不會(huì )錯。”
談到北京電子正負對撞機，中科院院長(cháng)路甬祥說(shuō)，“我們很難設想用別人的儀器，觀(guān)測到人家沒(méi)有觀(guān)測到的現象。”
北京正負電子對撞機重大改造工程完工后，將成為世界上最先進(jìn)的雙環(huán)對撞機之一。
科技創(chuàng )新
走進(jìn)高能所大樓，經(jīng)常能碰到來(lái)為對撞機做實(shí)驗的外國科學(xué)家。陳和生有時(shí)候會(huì )給他們解釋一樓大廳兩邊墻上的兩排字。一排是周恩來(lái)總理1972年9月給18位科技工作者來(lái)信的重要批示：建立我國自己的高能物理試驗基地“這件事不能再延遲了”，另一排就是鄧小平在對撞機第一次成功對撞后所說(shuō)的“中國必須在世界高科技領(lǐng)域占有一席之地”。
對撞機的建成大大促進(jìn)了我國高能物理的國際合作。中國通往互聯(lián)網(wǎng)的最早出口就在高能所，并且最早使用網(wǎng)頁(yè)來(lái)交流信息，那時(shí)候，大部分電腦還停留在孤島和字符時(shí)代。
國際合作是世界各國發(fā)展粒子物理實(shí)驗研究的基本方式，但直到北京正負電子對撞機建成并投入運行之后，中國才終于有條件作為東道國組織多國科學(xué)家參與的、大規模的物理實(shí)驗，進(jìn)行中方為主的國際合作。
正負電子對撞機
“任何一個(gè)大科學(xué)裝置，都會(huì )自然而然成為一個(gè)小型科學(xué)研究中心。”陳和生說(shuō)，高能所的定位就是以大科學(xué)裝置為依托的多學(xué)科綜合性研究機構。
和高能物理研究打了一輩子交道的方守賢院士認為，高能加速器是最前沿的科學(xué)技術(shù)，必然向經(jīng)濟技術(shù)領(lǐng)域轉移，并產(chǎn)生巨大效益。北京正負電子對撞機的建成運行，在國內發(fā)揮了示范作用，也使我國電子學(xué)、微波和高頻、超高真空等方面有了較大突破和提高，有力地推動(dòng)了我國機械、電子工業(yè)技術(shù)的發(fā)展。
“這里會(huì )是科技創(chuàng )新的沃土。”陳和生說(shuō)，北京正負電子對撞機重大改造工程建設大量采用國際上先進(jìn)的高精尖技術(shù)，對于我國相關(guān)高科技技術(shù)和產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，又將是一次重要的發(fā)展機遇。
偉大貢獻
文字實(shí)錄
[主持人]:
正負電子對撞機
我注意到在網(wǎng)上很多網(wǎng)友談到歐洲強子對撞機的時(shí)候有很多評論。特別是說(shuō)看了以后才知道這個(gè)東西非常微妙，也有的說(shuō)看了以后才知道我們中國還有多大的差距，也有的網(wǎng)友很關(guān)心，說(shuō)我們中國也參加了這個(gè)合作。有的說(shuō)我們的貢獻是不是太小了。還有的說(shuō)，我敢肯定中國也有，而且將來(lái)一定會(huì )有更好的。我們知道網(wǎng)友對這個(gè)事情非常關(guān)心，中國在這方面到底是什么情況。
[張闖]:
我們也有一個(gè)對撞機，就是北京正負電子對撞機，我們說(shuō)有兩個(gè)，一個(gè)是原來(lái)的單環(huán)的北京正負電子對撞機，1984年破土動(dòng)工，小平同志親自為它奠基，到1988年正式對撞，工作了大概20年左右，21世紀初期我們進(jìn)行了改造，建造了雙環(huán)的北京正負電子對撞機，這個(gè)機器是我們所工作的園區叫套和顫物理園區，這在國際上占領(lǐng)先地位的，而且它建立了以北京譜儀為基礎的國際合作，這是一個(gè)非常前沿的、先進(jìn)的國際合作組，在這個(gè)領(lǐng)域中取得了很好的成果。
[張闖]:
我看到一個(gè)雜志上有一篇文章。他就講到成千上百的美國科學(xué)家飛到北京來(lái)參加北京的試驗，經(jīng)過(guò)最近的改造，北京正負電子對撞機性能有了提高，成為國際領(lǐng)先的對撞機。我們國家經(jīng)過(guò)這么多年的努力，在國際究領(lǐng)域里面占了很大的作用。
北京正負電子對撞機能量比較低，只有3.5金伏，和我們講的LHC相差三個(gè)量級。但是它做的工作的物理意義很重要的，它和LHC的內容不一樣。我們知道講6個(gè)夸克，正反夸克強子下面一個(gè)分類(lèi)，叫做介子，假如有三個(gè)夸克組成的叫做重子，也是強子里面的重。還有沒(méi)有其他的物質(zhì)形態(tài)？比如有四個(gè)夸克組成的、五個(gè)夸克組成的，有很多膠子組成的膠子球，基本的物質(zhì)形態(tài)假如不是我剛才講的介子和重子，那就是重大突破，就是我們物質(zhì)世界新的物質(zhì)形態(tài)，這對以后的應用也是無(wú)可估的。
[陳國明]:
北京的正負電子對撞機主要是想找這些東西，有沒(méi)有這些新的物質(zhì)形態(tài)，普通的物質(zhì)是由質(zhì)子、中子組成的，都是三個(gè)夸克組成，叫做重子。假如都是重子，5夸克、6夸克，就是膠子球的，這樣的話(huà)，是完全不同物質(zhì)形態(tài)不一樣，就會(huì )造成其他的物質(zhì)形態(tài)了，這就是非常重要的。
[主持人]:
這也是我們北京正負電子對撞機研究的目的。剛才張老師介紹了，北京的正負電子對撞機最早是從1984年開(kāi)始動(dòng)工，當時(shí)的情況，80年代初期，應該說(shuō)，我們的科研環(huán)境，包括經(jīng)費，可能經(jīng)濟環(huán)境還不是很好，包括您說(shuō)小平同志都很重視破土的奠基儀式，為什么會(huì )得到國家這么大的重視？
[張闖]:
剛才主持人問(wèn)到了，當初對撞機建立的時(shí)候也有這樣的爭論，中國這樣一個(gè)發(fā)展中國家，想做加速器、對撞機是一個(gè)長(cháng)遠的目標，不能解決當前最緊迫的研究，到底應該放在什么樣的地位，小平同志在對撞機建成以后，1988年視察了北京的正負電子對撞機，他作了一個(gè)很重要的講話(huà)，這個(gè)講話(huà)就是中國要在高科技領(lǐng)域占有一席之地。一開(kāi)始小平同志舉了一個(gè)例子。
[張闖]:
談到對撞機，我先說(shuō)一個(gè)故事，有一位歐洲的朋友，這個(gè)朋友就是我們強子對撞機的研究所所長(cháng)，小平同志會(huì )見(jiàn)了他，他當時(shí)就問(wèn)小平同志一個(gè)問(wèn)題，就是說(shuō)中國經(jīng)濟也不太發(fā)達，為什么要搞這個(gè)東西？小平同志回答說(shuō)，這是為了將來(lái)，為了長(cháng)遠的發(fā)展。小平同志接著(zhù)說(shuō)，中國一定要發(fā)展高科技，要在國際高科技領(lǐng)域里面占有一席之地。回頭看小平同志當時(shí)的講話(huà)，確實(shí)非常有遠見(jiàn)。
重大成果
它曾為非典研究作過(guò)貢獻。北京正負電子對撞機的同步輻射系統曾于2002年建成我國第一個(gè)專(zhuān)用于生物大分子結構分析的同步輻射光束線(xiàn)和實(shí)驗站，這套裝置已成為我國結構基因組研究的一個(gè)重要平臺。在生物大分子光束線(xiàn)站上，首次獲得了SARS病毒蛋白酶大分子結構。
自然界自存在的正負電子對撞機制。
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正負電子對撞機不僅能找粒子，還能幫助研制SARS病毒抑制劑
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