中国科学家看世界的另一双眼

徐珍

我们的主角——北京正负电子对撞机（BEPC）静静躺在中国科学院高能物理研究所的地下实验室中，30余年来，它用智慧的“眼睛”为世人揭开了许多奥秘，在物理、生物、材料、化学、环境、能源等领域发挥着重要的作用。

艰难的诞生历程

BEPC是什么？尽管它在中国已诞生30余年，尽管它发挥着巨大的作用，但对民众来说，它仍然十分陌生，对30年前的中国人更是如此。因此，当物理学家建议建造BEPC时，这个计划一直“难产”，甚至一度差点“流产”。

20世纪50年代初，美、苏、欧等工业发达的国家和地区开始筹建高能加速器。当时，我国虽然处于艰苦的初创阶段，但一批深谋远虑的科学家已经预见到加速器的广阔用途，他们向国家领导人提议：我们也要建造自己的加速器。

加速器是做什么用的？建成后它能带给我们什么？我们知道，世界万物是由一些基本粒子组成的，但是如果不拆开物质的外壳，我们就无法看到其中的粒子，而加速器正是起到“破壳”的作用。物质在加速器中相互撞击，脱去外壳，暴露出其内部结构，这样我们可以看到组成物质的基本粒子，还可能发现新的基本粒子，更加深入地了解这个世界。

但是，当时国家国力有限，起初愿意提供修建帮助的苏联又与我们关系恶化了，粒子加速器的制造计划被一再推迟。直到20世纪80年代初，国家领导人邓小平再次就建造高能加速器的问题，广泛征求国内外科学家的意见，经过60多位专家的反复论证，终于定下了建造一台正负电子对撞机的方案。方案提出后，邓小平亲自批示：“我赞成加以批准，不再犹豫。”“难产”多年的计划正式敲定。

在上下求索中建造

1983年4月，经国务院批准， BEPC方案上马，计划4年完成。但是，国家对建造对撞机没有理论基础和实践经验，该怎么办呢？这时，以李政道为代表的华裔科学家提供了巨大的帮助。

BEPC建造过程中，中国派出几百人次的科技人员赴美学习考察，并邀请美国专家来BEPC工程现场解决设计和研制中的问题，派人长驻美国采购所需器材，李政道在其中穿针引线，铺路搭桥，成为最忙碌的人。为了向美国高校推荐中国学生或者邀请美国专家来华指导，李政道手写了上千封书信，每一封都字迹工整，情深意切，他以自己的信誉为中国的物理学界搭起了一架架通往世界的桥梁。李政道每次回国，还会向领导人提出各种发展科技和教育的建议，不仅为BEPC的建造立下了汗马功劳，也为中国的科技发展铸就了坚实基础。

除了国际上科学家的帮助，中国的科学家、工程师和建造工人也为BEPC的建造呕心沥血。对撞机建造涉及10多个门类的高新技术，数千台设备的90%以上的部件都靠国内自行设计制造。在全国数百个单位、上万人的精心研制、安装调试下，1988年10月，这台中国科学家梦寐以求的机器终于完工：它由北向南卧在地下，形似一只羽毛球拍。球拍的“把”是一台长202米的直线加速器，电子在加速管中不断得到加速，通过共200米长的输运线注入周长为240米的球拍“框”——储存环中，不断地积累、储存、加速、对撞，将万物的奥秘破开，呈现在人们的眼前。

为了最大限度地节省经费，工程师们还修建了额外部件，让这台机器能“一机两用”：在“球拍”的切线方向，安放了同步辐射装置（BSRF），实验室能开展同步辐射相关的实验。同步辐射就是带电粒子接近光速时，若在电磁场中偏转，就会沿切线方向发射出一种电磁辐射，像下雨天旋转雨伞，水滴会从伞的边缘飞射出去一样。这种电子的自发辐射，是探究原子、分子世界的有力工具，在生命科学、材料科学、凝聚态物理、环境科学等领域发挥着重要作用。

无论是加速器建设，还是让它稳定运行，我国的科研工作者付出了常人难以想象的艰辛。他们白天用穿孔纸带计算数据，晚上值班提心吊胆地等待着突如其来的电话，由数十万组件集合而成的大科学装置，任何一个小元件的损坏故障都会使BEPC停运。最初3年时间， BEPC有近30%的时间花费在设备维护上，经过3年的努力，工程师将故障率降到5%以下，设备平稳运行至今。

不可替代的作用

这台耗费大量物力人力建成的机器，是否如人们预期的那样，给中国的科学乃至社会经济各领域的发展做出了巨大贡献呢？答案是肯定的。

1992年，BEPC给出了τ轻子质量的精准测量，精度比原来提高了10倍，更新了粒子物理学数据权威《粒子物理手册》，被认为是当年国际上最好的粒子物理成果。J/ψ粒子的衰变规律、粲夸克的物理性质和X（1835）等新粒子的发现等在国内外引起轰动的物理新知都是依托BEPC取得的成果。

在生物科學领域，BEPC也不容小觑。2004年，中国科学家利用BSRF完成了“菠菜主要捕光复合物（LHC-II）2.72埃分辨率晶体结构”的测定工作，在世界上率先完成了这一具有高度挑战性的国际前沿课题，推动了我国光合作用机理与膜蛋白三维结构研究进入国际领先水平。揭秘SARS病毒主蛋白酶结构、寻找SARS病毒克星、在分子水平上揭示砒霜治疗白血病机理的研究等都是通过BSRF完成的。

另外，古生物学家还利用 BSRF对一块琥珀进行了无损成像，得到了隐藏在琥珀中的恐龙尾部椎骨的高质量投影图像，进而构建出恐龙尾部的高清3D形态。凭借此技术，人类有史以来第一次在琥珀中发现了恐龙化石……

更重要的是，BEPC的建设对各种加速器、同步辐射装置起到了奠基作用，推动了我国工业发展。比如加速器中运用到的高频微波技术、超导低温技术、束流测量技术、机械技术、真空技术、磁铁技术、电源技术等，BEPC的建设和改进将这些技术及相关工艺提高到国际先进水平，为后续的大科学装置的建设如中国散裂中子源（CSNS）、加速器驱动次临界系统（ADS）奠定了良好基础。同步辐射装置中运用的核成像技术和辐射防护技术则大大推动了医疗健康、安全防护、环境保护等领域的产业发展。

这些学术和工业成果，正印证着我国社会各个领域从跟跑到并跑，到今天部分领域领跑的发展状况，而在这一过程中，BEPC起到了不可替代的作用。

（树摘自《大科技》2023年第3期）