古往今來,人們一直在思考、探索:世界萬物究竟是由什么構(gòu)成的?它有最小的基本結(jié)構(gòu)嗎?高能物理就是一門研究物質(zhì)的微觀基本組元和它們之間相互作用規(guī)律的前沿學(xué)科。面對微觀世界的“基本”粒子,人類不斷尋找揭示其真實面目的手段。對撞機就是觀察微觀世界的“顯微鏡”。
正負電子在對撞機里相向高速回旋、對撞,探測對撞產(chǎn)生的“碎片”——次級粒子并加以研究,就能了解物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的許多奧秘。雖然我們還不能預(yù)言這些研究結(jié)果將會有什么樣的實際應(yīng)用,但可以相信,微觀奧秘的揭示一定會對人類的生活產(chǎn)生深遠的影響,就象電磁波的發(fā)現(xiàn)已成為信息時代的先導(dǎo)、對原子核的研究導(dǎo)致了核能的廣泛應(yīng)用那樣。而利用電子在對撞機里偏轉(zhuǎn)時發(fā)生的一種光輻射——同步輻射,又可以把對分子和原子的研究,由靜態(tài)的和結(jié)構(gòu)性的開拓到動態(tài)的和功能性的。
北京正負電子對撞機的外型,象一只碩大的羽毛球拍。
圓形的球拍是周長240米的儲存環(huán),球拍的把柄就是全長202米的行波直線加速器。
由電子槍產(chǎn)生的電子,和電子打靶產(chǎn)生的正電子,在加速器里加速到15億電子伏特,輸入到儲存環(huán)。正負電子在儲存環(huán)里,可以22億電子伏即接近光的速度相向運動、回旋、加速,并以每秒125萬次不間斷地進行對撞。而每秒有價值的對撞只有幾次。有著數(shù)萬個數(shù)據(jù)通道的北京譜儀,猶如幾萬只眼睛,實時觀測對撞產(chǎn)生的次級粒子,所有數(shù)據(jù)自行傳輸?shù)接嬎銠C中。科學(xué)家通過這些數(shù)據(jù)的處理和分析,進一步認(rèn)識粒子的性質(zhì),從而揭示微觀世界的奧秘。
1988年10月竣工的北京正負電子對撞機,是國際科技合作的結(jié)晶。我國科學(xué)家以務(wù)實、創(chuàng)新的精神,積極與世界各大高能物理實驗室合作,并引進了大功率速調(diào)管、快電子學(xué)等國際先進技術(shù),使其成為該工作能區(qū)國際領(lǐng)先的對撞機。
1989年對撞機投入高能物理實驗,建立了以中國科學(xué)家為主導(dǎo)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,被李政道教授譽為當(dāng)年“高能物理界最重要的發(fā)現(xiàn)”。
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(yī)學(xué)、微電子技術(shù)、微機械技術(shù)和考古等應(yīng)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(dǎo)材料進行的深入研究;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(yī)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,我國科學(xué)家將在不斷認(rèn)識微觀世界的跋涉中繼續(xù)奮進。