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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。通過研究高能粒子與靶中粒子碰撞時產(chǎn)生的各種反應研究其反應的性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)新粒子、新現(xiàn)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(jié)構(gòu)特性，是當今高能粒子物理量子力學的最前沿的科學。那自然界有正負電子對撞機的機制嗎？這一機制自然界會天然存在嗎？新發(fā)現(xiàn)，新探索，在隕落的隕石中就存在著自然界的正負電子對撞機制，這一現(xiàn)象也只能用高能物理的量子力學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(shù)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國家鑒定。由29位專家組成的鑒定委員會認為，北京正負電子對撞機同步輻射裝置開始投入運行，為自然科學研究、技術(shù)科學發(fā)展和工業(yè)應用提供了良好的條件，必將對促進各學科的相互滲透和對諸多領域?qū)W科的發(fā)展帶來巨大的推動。
正負電子對撞機
1989年對撞機投入高能物理實驗，建立了以中國科學家為主導的北京譜儀合作組，美國十多所大學和研究所的科學家參加合作研究，在τ-粲物理領域做出了國際一流的成果，例如中美科學家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、地球科學、化學化工、環(huán)境科學、生物醫(yī)學、微電子技術(shù)、微機械技術(shù)和考古等應用研究領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，我國科學家將在不斷認識微觀世界的跋涉中繼續(xù)奮進。
正負電子對撞機
改造工程采用的是世界先進的雙環(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”進行大角度水平對撞，對撞機性能將提高100倍。不過，改造難度也是超乎想象，十幾噸的設備不能使用大吊車安放，數(shù)萬根電纜一根都不能接錯，這些僅僅是改造工程千頭萬緒的幾縷。
“比如隧道原來是給單環(huán)設計，空間狹小，現(xiàn)在安裝雙環(huán)就擁擠到了極點。國外成功的雙環(huán)對撞機是在80米距離內(nèi)實現(xiàn)電子對撞再分開，我們必須在28米內(nèi)實現(xiàn)。”陳和生說，改造中許多技術(shù)和設備國內(nèi)從未有過，而高能物理對撞機的加工精度比航天、航空領域還要高。
北京正負電子對撞機在我國大科學裝置工程中赫赫有名，為示范之作。1988年10月16日凌晨實現(xiàn)第一次對撞時，曾被形容為“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施，將讓這一大科學裝置“升級換代”，繼續(xù)立在國際高能物理的前端。
先進行列
正負電子對撞機
同時，作為典型的大科學裝置工程，對撞機建設規(guī)模巨大，大量采用世界上最先進的高技術(shù)，具有投資高、投入人力資源量大和建造周期長等特點。1984年10月，北京正負電子對撞機動工興建，在當時的國民經(jīng)濟發(fā)展形勢下，國家向?qū)ψ矙C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工揮鍬送出第一塊奠基土。針對當時對撞機建設是否“超前”的爭議，他對周圍人說：“我相信，這件事不會錯。”
談到北京電子正負對撞機，中科院院長路甬祥說，“我們很難設想用別人的儀器，觀測到人家沒有觀測到的現(xiàn)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的雙環(huán)對撞機之一。
科技創(chuàng)新
走進高能所大樓，經(jīng)常能碰到來為對撞機做實驗的外國科學家。陳和生有時候會給他們解釋一樓大廳兩邊墻上的兩排字。一排是周恩來總理1972年9月給18位科技工作者來信的重要批示：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的“中國必須在世界高科技領域占有一席之地”。
對撞機的建成大大促進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)頁來交流信息，那時候，大部分電腦還停留在孤島和字符時代。
國際合作是世界各國發(fā)展粒子物理實驗研究的基本方式，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家參與的、大規(guī)模的物理實驗，進行中方為主的國際合作。
正負電子對撞機
“任何一個大科學裝置，都會自然而然成為一個小型科學研究中心。”陳和生說，高能所的定位就是以大科學裝置為依托的多學科綜合性研究機構(gòu)。
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技術(shù)，必然向經(jīng)濟技術(shù)領域轉(zhuǎn)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(nèi)發(fā)揮了示范作用，也使我國電子學、微波和高頻、超高真空等方面有了較大突破和提高，有力地推動了我國機械、電子工業(yè)技術(shù)的發(fā)展。
“這里會是科技創(chuàng)新的沃土。”陳和生說，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的高精尖技術(shù)，對于我國相關高科技技術(shù)和產(chǎn)業(yè)來說，又將是一次重要的發(fā)展機遇。
偉大貢獻
文字實錄
[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候有很多評論。特別是說看了以后才知道這個東西非常微妙，也有的說看了以后才知道我們中國還有多大的差距，也有的網(wǎng)友很關心，說我們中國也參加了這個合作。有的說我們的貢獻是不是太小了。還有的說，我敢肯定中國也有，而且將來一定會有更好的。我們知道網(wǎng)友對這個事情非常關心，中國在這方面到底是什么情況。
[張闖]:
我們也有一個對撞機，就是北京正負電子對撞機，我們說有兩個，一個是原來的單環(huán)的北京正負電子對撞機，1984年破土動工，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世紀初期我們進行了改造，建造了雙環(huán)的北京正負電子對撞機，這個機器是我們所工作的園區(qū)叫套和顫物理園區(qū)，這在國際上占領先地位的，而且它建立了以北京譜儀為基礎的國際合作，這是一個非常前沿的、先進的國際合作組，在這個領域中取得了很好的成果。
[張闖]:
我看到一個雜志上有一篇文章。他就講到成千上百的美國科學家飛到北京來參加北京的試驗，經(jīng)過最近的改造，北京正負電子對撞機性能有了提高，成為國際領先的對撞機。我們國家經(jīng)過這么多年的努力，在國際究領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相差三個量級。但是它做的工作的物理意義很重要的，它和LHC的內(nèi)容不一樣。我們知道講6個夸克，正反夸克強子下面一個分類，叫做介子，假如有三個夸克組成的叫做重子，也是強子里面的重。還有沒有其他的物質(zhì)形態(tài)？比如有四個夸克組成的、五個夸克組成的，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，是完全不同物質(zhì)形態(tài)不一樣，就會造成其他的物質(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年開始動工，當時的情況，80年代初期，應該說，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，包括您說小平同志都很重視破土的奠基儀式，為什么會得到國家這么大的重視？
[張闖]:
剛才主持人問到了，當初對撞機建立的時候也有這樣的爭論，中國這樣一個發(fā)展中國家，想做加速器、對撞機是一個長遠的目標，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，他作了一個很重要的講話，這個講話就是中國要在高科技領域占有一席之地。一開始小平同志舉了一個例子。
[張闖]:
談到對撞機，我先說一個故事，有一位歐洲的朋友，這個朋友就是我們強子對撞機的研究所所長，小平同志會見了他，他當時就問小平同志一個問題，就是說中國經(jīng)濟也不太發(fā)達，為什么要搞這個東西？小平同志回答說，這是為了將來，為了長遠的發(fā)展。小平同志接著說，中國一定要發(fā)展高科技，要在國際高科技領域里面占有一席之地。回頭看小平同志當時的講話，確實非常有遠見。
重大成果
它曾為非典研究作過貢獻。北京正負電子對撞機的同步輻射系統(tǒng)曾于2002年建成我國第一個專用于生物大分子結(jié)構(gòu)分析的同步輻射光束線和實驗站，這套裝置已成為我國結(jié)構(gòu)基因組研究的一個重要平臺。在生物大分子光束線站上，首次獲得了SARS病毒蛋白酶大分子結(jié)構(gòu)。
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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作者
