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引言

北京。

中國高等科學技術中心的會議室里,掛著幾幅名家所作的畫,都與科學有關。有的出自外國畫家的筆下,畫面上激光四射奇幻莫測,似乎象征著宇宙間的無窮奧秘。另外幾幅中國畫,一幅是黃胄先生的馬,雙目炯炯奔騰而來,智慧而靈動;一幅則是李可染先生所作的“核子重如牛,對撞生新態”,畫面上兩頭壯實的公牛肌肉緊繃,拼足了渾身氣力低頭對撞。

似乎剎那間就會火花四濺。

曾經畫遍了層林盡染,漫山紅遍,充分表現出無限風光盡收眼底的瀟灑與展拓的著名畫家李可染,據說在畫完這幅雙牛對撞圖之后,卻是氣喘吁吁,連說太累了,太累了。就李可染先生的深厚功底而言,豈會吃力于兩頭牛?只是因為畫家全身心地投入到他所要表現的重大主題——核子對撞。

在中國,最為著名的科學對撞為北京正負電子對撞機(BEPC)。

我國第一臺大科學裝置。

何為正負電子對撞機?

科學的解釋,就是將正電子和負電子(即通常說的電子)分別加速到接近光速,使它們具有很高的能量,在磁場的約束下讓它們迎頭對撞的裝置。根據愛因斯坦相對論的著名公式E=mc2,正電子和負電子湮沒后,會產生其他比電子質量大的新粒子。

李可染先生的畫作藝術地再現了愛因斯坦的判斷:正負電子就像兩頭迎面高速奔跑的牛,拼命地撞向對方,兩者相遇的一剎那,產生巨大而又猛烈的風馳電掣千鈞之力,如電閃雷鳴,就在那些像焰火一般散開的碎片中,科學家可能捕捉到未曾發現過的物質。

還有一位名冠中西的著名畫家吳作人先生,也曾用他的畫筆對北京正負電子對撞機做出闡釋。

帶有正負電荷的粒子之間的相互作用,形成了原子、分子以至世間萬物;而正負兩極的對偶結構,在中國古代哲學里被稱為“陰陽”,吳作人就此畫了一幅變形太極圖《無盡無極》。他揮灑筆墨,心連天宇,兩道反向交織又指向無邊境界的力與光,浩浩渺渺,飄然而又無所不及。

這幅畫后來成為北京正負電子對撞機的標識,同時成為中國科學院高能物理研究所(后文簡稱中科院高能所)的標識。

北京正負電子對撞機建設動工于1984年,1988年成功建成,2004年二期改造,2009年完成。目前,它是世界上為數不多的高能加速器之一,是中國與世界高能物理研究的重大科技基礎設施。從飛機上俯瞰京城西部,可見綠樹掩映之中,有一只巨大的“羽毛球拍”,它正是由202米長的直線加速器、輸運線、周長240米的環型加速器(也稱儲存環)、高6.5米重650噸的北京譜儀和圍繞儲存環的同步輻射實驗裝置等幾部分組成的北京正負電子對撞機。

強國重器。

北京正負電子對撞機的出現,標志著從一個貧弱的舊中國到新中國,從一個奮發向上的大國到世界強國的艱辛歷程。早在20世紀50年代,中國科學家們就萌生夢想,希望建造一臺高能加速器,但幾經曲折,前后經歷了所謂“七下八上”,直到20世紀80年代以后,北京正負電子對撞機和北京譜儀的建造(即“BEPC”工程)才得到正式批準,于1984年破土動工。

“BEPC”工程中的一個關鍵詞就是“高能”。

高能物理學(high energy physics)又稱粒子物理學或基本粒子物理學,是物理學的一個分支學科,研究比原子核更深層次的微觀世界中物質的結構、性質,以及在很高的能量下,這些物質相互轉化的現象,和產生這些現象的原因與規律。它是一門基礎學科,需要用人工加速帶電粒子,讓帶電粒子的速度大大提高,即能量大大提高,達到或超過某一數值后對撞,轉化成另一種粒子。人們可以研究這樣對撞產生的各種各樣的新粒子。

對各種粒子的了解,其實是對自然的了解,是最根本的問題。

人們對中國建造對撞機曾幾度充滿疑惑,因為技術難度極大,許多方面在國內都是空白。中國加速器的水平在20世紀80年代初落后國際水平至少30年,必須在短時間內建造出一臺國際先進水平的高能加速器,才具有一定的競爭力和重要的科學意義。有人打比方說,這好比站在鐵路月臺上,想要跳上一輛疾馳而來的特別快車,跳上去了就飛馳向前,如果沒有抓住,便會摔得粉身碎骨。

但中國不能沒有高科技,高科技不能沒有高能加速器,中國在世界科技領域里必須占有一席之地。經過一代代中國科技人數十年的卓越努力,結果是,中國人不僅抓住機遇跳上了火車,而且一路前行。從動工到1988年,僅用短短4年時間就安裝建成并投入使用,之后很快取得了一系列科技成效,成為中國繼原子彈、氫彈、人造衛星之后,所取得的又一偉大成果。世界為之轟動,國際科學界普遍贊揚,稱它“是中國科學發展的偉大進步,是中國高能物理發展的里程碑”。

北京正負電子對撞機成為中國科技發展一個標志性的科研項目,令中國人自豪,讓世界尊重!

它就像一條從雪山發源的河流,延伸、牽引著無數涓涓小河,促進了一系列科研成果的誕生,涉及高功率微波、高性能磁鐵、高穩定電源、高精密機械、超高真空、束流測量、自動控制、粒子探測、快電子學、數據在線獲取和離線處理等高技術,其設計指標基本上達到了當時國際技術的極限。北京正負電子對撞機“一機兩用”,其同步輻射光源對社會開放,成為我國凝聚態物理、材料科學、化學、生命科學、資源環境及微電子交叉學科開展科學研究的重要基地,取得了一系列具有重大經濟、社會效益的成果;催生了一大批新技術、新工藝和新發明,被廣泛應用于農業、工業、林業、采礦業、制造業、航天、衛生、信息等各個領域,造福于中國,造福于全人類。

它的成功建造同時也是世界加速器建造史上的一個奇跡,中國為人類創造了一把揭開物質微觀世界之謎的“金鑰匙”。

一部大對撞,風云際會,英才輩出,群星薈萃,光輝粲然。

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