在中科院，北京正負(fù)電子對撞機(jī)是“標(biāo)桿”一樣的存在。它是在鄧小平、周恩來等黨和國家領(lǐng)導(dǎo)人的親自關(guān)懷下建成的中國第一個大科學(xué)裝置，也幾乎是此后歷屆黨中央、國務(wù)院領(lǐng)導(dǎo)人來中科院視察的必到之處。
與此同時，北京正負(fù)電子對撞機(jī)是中國高能物理科學(xué)家心頭的驕傲。建設(shè)于上世紀(jì)80年代的北京正負(fù)電子對撞機(jī)，論規(guī)模在國際上并不算大。然而，這么多年過去，盡管一個又一個大型加速器在全球拔地而起，它卻始終屹立不倒，被譽(yù)為“世界八大高能加速器中心之一”，在國際高能物理領(lǐng)域占有重要的一席之地。
“領(lǐng)跑者”是怎樣煉成的
2016年4月5日晚，中科院高能所副所長秦慶在北京正負(fù)電子對撞機(jī)中控室的一塊白板上寫下了一個數(shù)字：1×1033。
這是一個歷史性的數(shù)字。它標(biāo)志著北京正負(fù)電子對撞機(jī)的對撞亮度達(dá)到了1×1033cm-2s-1，性能達(dá)到改造前的100倍，同時再次刷新了該能區(qū)對撞亮度的世界紀(jì)錄。
中科院高能所研究員、加速器物理組組長、對撞機(jī)儲存環(huán)物理調(diào)束負(fù)責(zé)人于程輝很清楚，這樣一個數(shù)字對中國來說意味著什么。
2001年，北京正負(fù)電子對撞機(jī)改造工程完成設(shè)計，計劃將亮度提高30倍。但幾乎同時，美國康奈爾大學(xué)威爾遜實驗室宣布，要將其一臺在高能量B夸克能區(qū)運行的對撞機(jī)降到北京正負(fù)電子對撞機(jī)的能區(qū)下工作，設(shè)計對撞亮度與之相同。
“這意味著如果要保持競爭力，我們必須比他們做得更好?！庇诔梯x說。面對巨大的壓力，中國科學(xué)家迎難而上，提出新的改造方案——將設(shè)計對撞亮度提高到原來的30～100倍。
北京正負(fù)電子對撞機(jī)重大改造工程于2004年1月動工，2008年按計劃建成，次年7月通過國家驗收，正式投入運行?！昂髞恚覀冇只?年時間，不斷調(diào)試裝置，尋找最佳參數(shù)組合，最終使對撞亮度成功達(dá)到改造前的100倍?！庇诔梯x說。
在運行團(tuán)隊不斷打磨這臺大科學(xué)裝置的同時，科學(xué)家團(tuán)隊也在夜以繼日地挑戰(zhàn)世界科技前沿。依托北京正負(fù)電子對撞機(jī)的北京譜儀Ⅲ實驗國際合作組的400多名科學(xué)家不分晝夜地工作著，希望能發(fā)現(xiàn)新的物理現(xiàn)象。
“對撞亮度越高，獲取的數(shù)據(jù)就越多，測量精度也越高，也就意味著更有可能取得新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。”中科院高能所實驗物理中心副主任、研究員沈肖雁告訴《中國科學(xué)報》記者。
2013年，北京譜儀Ⅲ實驗國際合作組宣布發(fā)現(xiàn)新的共振結(jié)構(gòu)Zc（3900），其中含有一對正反粲夸克且?guī)в泻碗娮酉嗤蛳喾吹碾姾?。這提示Zc（3900）至少含有4個夸克，極有可能是科學(xué)家長期尋找的介子分子態(tài)或四夸克態(tài)。國際物理學(xué)界高度評價該重大發(fā)現(xiàn)，美國物理學(xué)會將其評為當(dāng)年十一項物理學(xué)重要成果之首。
一機(jī)兩用 輻射周邊
除了高能物理研究，北京正負(fù)電子對撞機(jī)還是典型的“一機(jī)兩用”大科學(xué)裝置。同步輻射裝置“寄生”在正負(fù)電子對撞機(jī)上，每年能為用戶提供約3個月的專用光束流。同時，在對撞模式下，有10條光束線為用戶提供兼用光。
這也使得北京正負(fù)電子對撞機(jī)成為一個真正意義上能開展凝聚態(tài)物理、材料科學(xué)、生命科學(xué)、資源環(huán)境及微電子技術(shù)等多學(xué)科交叉前沿研究的大科學(xué)平臺。
據(jù)中科院高能所研究員張闖介紹，同步輻射光最初被認(rèn)為是一種有害物質(zhì)，但后來人們發(fā)現(xiàn)，同步輻射光亮度高且具有較寬的波譜，尤其適合做生物結(jié)構(gòu)研究。
自上世紀(jì)70年代以來，美國、歐洲、日本等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)紛紛建造同步輻射裝置，為多個學(xué)科的交叉前沿研究提供先進(jìn)的大型研究平臺。所有的同步輻射裝置均以國家實驗室的形式運作，一方面為本國甚至全世界的科學(xué)研究提供實驗條件，另一方面開展新型的實驗技術(shù)、探測器技術(shù)等研究，成為多學(xué)科研究的中心。
北京正負(fù)電子對撞機(jī)重大改造工程完成后，同步輻射專用光運行的能量提高到2.5GeV（千兆電子伏），流強(qiáng)達(dá)到250毫安，用戶急需的硬X光強(qiáng)度增加了一個數(shù)量級，穩(wěn)定性大幅提高，多數(shù)光束線站能實現(xiàn)兼用光運行。
中科院院士、結(jié)構(gòu)生物學(xué)家饒子和就是同步輻射裝置的直接受益人之一。2003年“非典”在全國肆虐，饒子和團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，SARS病毒里有一個很關(guān)鍵的主蛋白酶。如果能知道它的結(jié)構(gòu)，便可據(jù)此設(shè)計抑制劑，從而阻斷SARS病毒的傳播。
然而，當(dāng)時普通實驗室里的X光射線強(qiáng)度太低，根本無法看到蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。
正在實驗陷入僵局時，饒子和聽說北京正負(fù)電子對撞機(jī)上剛剛建成了新的同步輻射裝置——生物大分子晶體學(xué)線站。他來到實驗站，很快就取得了這個蛋白酶的結(jié)構(gòu)，并制出了抑制劑。
同步輻射裝置為我國多學(xué)科研究提供了最先進(jìn)的實驗平臺。不僅如此，在北京正負(fù)電子對撞機(jī)改造的過程中，高能所與我國相關(guān)企業(yè)通力合作，帶動了相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)的提升。
“當(dāng)初接這個任務(wù)時，企業(yè)里就有許多技術(shù)人員不同意。他們認(rèn)為完成的可能性只有30%?！敝行胖毓C(jī)械股份有限公司時任副總經(jīng)理王繼生回憶。
當(dāng)時中信重工負(fù)責(zé)的是加工譜儀主體機(jī)械結(jié)構(gòu)。這個設(shè)備非常復(fù)雜，不但“噸位”大，對精度要求也極高。雖然零件加工比較順利，但安裝后并沒有達(dá)標(biāo)。高能所專家來到企業(yè)，用先進(jìn)的工具一次次檢驗、完善工序，又經(jīng)過兩次試驗，終于將設(shè)備安裝合格。
王繼生說，中信重工后來也推廣了這樣的方法，還引進(jìn)了高能所帶去的激光測量儀，產(chǎn)品質(zhì)量得到明顯提高。
對撞更多可能
北京正負(fù)電子對撞機(jī)狹長的隧道另一端，不僅源源不斷地產(chǎn)出著前沿科技成果，還在向更遠(yuǎn)、更廣闊的領(lǐng)域不斷延伸著。
“憑借建設(shè)北京正負(fù)電子對撞機(jī)的經(jīng)驗，我們高能所也積累起一支有著豐富大學(xué)科裝置建設(shè)經(jīng)驗的人才隊伍?！鄙蛐ぱ阏f。
在北京正負(fù)電子對撞機(jī)之后，以中科院高能所為主，我國又先后建設(shè)了大亞灣反應(yīng)堆中微子實驗、中國散裂中子源、上海光源、江門中微子實驗等一個又一個令世界刮目相看的大科學(xué)裝置。而在這些浩大工程的背后，北京正負(fù)電子對撞機(jī)團(tuán)隊的身影隨處可見。
現(xiàn)在，對撞機(jī)人在規(guī)劃一個更大的夢想。作為北京正負(fù)電子對撞機(jī)的后續(xù)發(fā)展，我國科學(xué)家于2012年提出建造周長為50～100公里的環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī)（CEPC）作為希格斯粒子工廠，并適時在同一隧道中建造能量為50～100TeV（萬億電子伏）的超級質(zhì)子—質(zhì)子對撞機(jī)。這在國際上引起巨大反響。
該方案可精確測量希格斯粒子、檢驗標(biāo)準(zhǔn)模型、尋找超出標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理，并且理解宇宙中暗物質(zhì)和暗能量的本質(zhì)等，從而使我國在高能物理這個重要領(lǐng)域全面領(lǐng)先國際，取得重大科學(xué)成果。
環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī)也是一個高能同步輻射光源，它將制造出世界上前所未有的MeV（百萬電子伏）級同步輻射光，在核物理、材料、微加工、育種等領(lǐng)域起到關(guān)鍵支撐作用。
“粒子物理研究不僅是科學(xué)的最前沿，也是技術(shù)的最前沿?！敝锌圃焊吣芩彼L羅小安說，“相信環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī)的建設(shè)會對技術(shù)發(fā)展起到更大的輻射帶動作用?！?/p>
羅小安此言不虛。在北京正負(fù)電子對撞機(jī)建設(shè)、運行的數(shù)十年里，中科院高能所也從幾座低矮小樓中拔地而起，變成了一個名副其實的國際高能物理中心。而在未來，它還將向著世界領(lǐng)先的科學(xué)中心的目標(biāo)不斷接近。
記者手記
贏在細(xì)微之處
在炎熱的盛夏時節(jié)，中科院高能物理研究所內(nèi)的北京正負(fù)電子對撞機(jī)顯得十分“特立獨行”。水、電、氣、空調(diào)等各種設(shè)備穩(wěn)定地運行著，把這個狹長的地下迷宮變成了一個清涼的“避暑”勝地。
有幸來這里參觀的人，大都贊嘆過這里分毫不差的實驗環(huán)境。但他們不知道的是，這樣的分毫不差，正是北京正負(fù)電子對撞機(jī)團(tuán)隊所信奉的至高準(zhǔn)則：500噸的大設(shè)備，安裝誤差要求在1毫米之內(nèi)；為維持電壓穩(wěn)定，調(diào)壓范圍控制極為嚴(yán)格；一些部件的加工精度，甚至超過了航天、航空領(lǐng)域的要求……
而這樣的分毫不差，堅持了數(shù)十年。在這個中國第一臺大科學(xué)裝置醞釀、建設(shè)、運行，乃至后來的升級改造、沖擊能區(qū)最高亮度、尋找四夸克物質(zhì)的全過程中，一絲不茍、精雕細(xì)琢的精神始終貫穿其中。
不能因為裝置大，活就可以干得糙。正是這個樸素的道理，讓北京正負(fù)電子對撞機(jī)一次又一次地圓滿完成任務(wù)，一次又一次在激烈的國際競爭中脫穎而出，一次又一次刷新著世界紀(jì)錄，“老樹”不斷開出“新花”，最終成長為當(dāng)代中國科技史上的一面旗幟。
聚沙成塔，集腋成裘。在每一個環(huán)節(jié)做到分毫不差，中國科技創(chuàng)新的鏈條才不會斷；而將這樣的工匠精神傳承下去，則定可鋪就中國自己的科技強(qiáng)國之路。
（原載于《中國科學(xué)報》 2016-08-01 第1版 要聞)
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