中國高能物理：正是豐收時

　　■本報記者 丁佳

　　石景山區玉泉路，只是北京再尋常不過的一條馬路。路過這里的人大多并不知道，就在他們的腳下，一臺規模宏大的機器正晝夜不停地工作著。

　　這就是中國第一臺高能粒子加速器——北京正負電子對撞機(BEPC)。

　　《中國科學報》記者近日從中科院高能物理所獲悉，北京正負電子對撞機/北京譜儀實驗經過24年穩定運行、不斷升級改造，數據樣本量已達到世界最大。經初步分析，科研人員已發現了一些新的粒子。相關專家認為，中國高能物理已進入豐收季節。

　　必爭之地

　　今年7月，當歐洲核子中心宣布發現疑似“上帝粒子”的新物質時，在歐亞大陸的另一端，中國北京的一群高能物理學家并未停下手中的工作。

　　這些低調的科學家明白，盡管世界已進入快速消費時代，但科技力量的積累從來都是一場曠日持久的戰役。

　　統計數據顯示，從1901年諾貝爾獎誕生之日起，一百多位諾貝爾物理學獎得主中有40多人的研究與高能物理有關。

　　“作為物理學中獲得諾貝爾獎最多的一個分支，高能物理在基礎研究中的重要地位可見一斑。”中科院高能物理所研究員、北京譜儀實驗國際合作組發言人沈肖雁告訴記者。

　　高能物理不但研究構成物質世界的基本元素、物質間的相互作用規律、宇宙的起源與演化等“終極”科學謎題，它在精密機械、高真空、超導、快電子學、計算機和網絡等先進技術中發揮的關鍵作用，更讓這個學科在近幾十年內迅速成為兵家必爭之地，甚至在一定程度上“反映了國家科技的總體實力和地位”。

　　沈肖雁此言不虛。20世紀50年代初，國外就已擁有了相當先進的高能粒子加速器，并取得了諸多令人矚目的成就。

　　中國物理學家也一直沒有停止努力。從20世紀50年代后期開始，建設高能粒子加速器就開始籌劃、醞釀。此后，幾代科學家經過近30年努力，終于建成了屬于自己的高能粒子加速器。1988年，BEPC成功實現首次對撞，中國高能粒子加速器技術達到國際同時期先進水平。

　　石景山的“地下城”

　　高能物理中，τ-粲能區是精確檢驗標準模型理論、尋找新物理的重要場所，因此成為國際高能物理競爭的熱點之一。

　　BEPC瞄準的正是這個方向。尤其是2009年完成重大改造后，其大型粒子探測器北京譜儀Ⅲ獲取物理事例的能力有了極大提高。

　　中科院高能物理所研究員、國家“千人計劃”入選者婁辛丑正是為此而回國的。

　　2001年，美國康奈爾大學的對撞機CESR開始在τ-粲能區運行，但2008年3月宣告結束;日本的超級B介子工廠2015年才能完成改造;德國PANDA實驗預計2018年才可建成。

　　“只有中國仍在為科學家在這一能區提供機會。這些年，中科院、國家自然科學基金委和科技部一直在支持這個項目，有決心把中國的高能物理搞上去。”婁辛丑說。

　　BEPC的外形像一個巨大的羽毛球拍。“拍柄”是一個202米長的正負電子直線加速器，它將正、負電子束流加速后，注入到“拍頭”——儲存環中。儲存環則將電子進一步加速到需要的能量，使其對撞，并對對撞后產生的次級粒子進行積累和儲存。儲存環上有南北兩個對撞點，著名的大型探測器北京譜儀就位于南對撞點上。

　　北京譜儀好比BEPC的“眼睛”，當正、負電子束發生對撞時，它就開始捕獲對撞產生的次級粒子的信息。

　　依托這套性能優異的大科學裝置，目前北京譜儀實驗國際合作組已擁有世界最大直接產生的J/psi、psi’、psi(3770)等數據樣本。沈肖雁覺得，他們“已進入高能物理研究的豐收季節”。

　　通過對數據的初步分析，實驗組已發現或證實了一些新粒子和現象，比如一些多夸克新強子的候選者、粲偶素新的衰變模式等。

　　“和‘上帝粒子’一樣，這些新粒子也是標準模型理論預言的，但之前一個都未在實驗上得到確認。只有在數據量足夠大的前提下，找到這些物質的概率才會比較大。”沈肖雁說。

　　國際水準 中國特色

　　2010年至今，北京譜儀Ⅲ實驗累計在《物理評論快報》等頂級學術期刊上發表論文30余篇，在國際重要學術會議上報告80余次，其中特邀大會報告40余個。

　　亮度是實驗成功的“秘密武器”。目前BEPCII是世界上在τ-粲能區具有最高亮度的實驗裝置，亮度達到了CESR的9倍。

　　“對τ-粲能區的研究，在高亮度的情況下可能會發現新的秘密。”婁辛丑說，“我們的設備非常適合中國。它的亮度高，因此測量精度好;同時，跟歐核中心的加速器相比，它的能量并不算高，因此能在更低的成本下作較多的研究。”

　　實驗的另一大“中國特色”是建立了以我國為主的大型國際合作。以中科院高能所為基地，參與實驗的來自全球11個國家和地區的52所大學和研究所近300名科學家中，約2/3是中國科學家。