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30年来,它一直是北京正负电子对撞机的“眼睛”
送交者:  2019年09月07日07:05:21 于 [世界军事论坛] 发送悄悄话

30年来,它一直是北京正负电子对撞机的“眼睛”


From: 科技日报 科技日报 Today


科技日报记者 陆成宽



“北京谱仪在τ物理、粲物理、强子物理等方面取得了世界瞩目的成果,使中国在世界高能物理领域占有了一席之地。”



9月5日至6日,北京谱仪物理30周年专题研讨会在中科院高能所举行,李政道在贺信中如此评价北京谱仪。



1984年,北京正负电子对撞机(BPEC)工程破土动工。与这台正负电子对撞机配套的高能物理实验探测器北京谱仪(BES)同时开始建造。作为正负电子对撞机的“眼睛”,北京谱仪探测并记录正负电子对撞后发生的全过程,正负电子对撞后产生的粒子要在这里进行分析、研究。






1988年10月16日,北京正负电子对撞机实现首次对撞,并于12月亮度达到设计指标。1989年4月,北京谱仪推入北京正负电子对撞机的南对撞点投入运行;9月,正式采集数据,开始物理实验。1991年5月,北京谱仪国际合作组正式成立,BEPC/BES实验成为首个由中国主导发起的国际大科学实验。



时光荏苒,北京谱仪由第一代(BES)发展到了第三代(BESIII),30年来北京谱仪实验取得了一系列令世界瞩目的科学成果。



“陶(τ)轻子质量的精确测量和在BEPC所能达到的能区成功地进行了R值扫描测量,这两个测量的成功一举确立了BEPC及BES在国际高能物理界的学术地位,也都成为BES及国际高能物理界当年的重大物理成果。”中国科学院院士、中科院高能物理所所长王贻芳在谈到北京谱仪早期最受关注的科学成果时表示。



早期最受关注的两项科学成果



τ轻子质量是粒子物理标准模型的基本参数。BES实验1992年测到τ轻子质量的精确值,其中心值比以前的实验结果小7MeV(兆电子伏特),精度提高了10倍,精确验证了轻子普适性理论。



“由于过去测到的τ轻子质量值偏高了7 MeV,导致轻子普适性理论是否正确一直存在争议,而本次实验说明了轻子普适性理论是毋庸置疑的。”王贻芳说道。



 这一成果震撼了国际高能物理界,被认为是1992年国际上最好的粒子物理成果,被评为1993年国际十大科技新闻之一,被PDG(粒子数据组) 确认为粒子物理界重要实验数据之一。



谈到τ轻子质量的精确测量,今年79岁的中科院高能物理所原所长郑志鹏仍然心情激动,他说:“我在1992年、1993年代表BES合作组分别在海外华人物理大会和国际轻子光子大会上宣布了在BES上进行的τ 轻子质量测量结果,引起了极大的反响。”



作为粒子物理中的一个基本参数,R值在发展粒子物理理论及检验标准模型方面起着重要的作用。



在20世纪末,标准模型中与粒子质量起源密切相关的希格斯粒子尚未找到,标准模型预言的希格斯粒子质量与欧洲核子中心的大型正负电子对撞机实验给出的排除区域结果不符合,使得在实验上寻找希格斯粒子变得更加扑朔迷离。仔细研究发现,上述预言的不确定性主要来自于5GeV(十亿电子伏特)下R 值的测量误差。





    

2001年,BESII实验在2GeV-5GeV能区进行了精确的R值测量,把R值的精度由原来的15%-20%提高到6.6%,成为当时国际高能物理高精度测量前沿的重要成果之一。由此导致对希格斯粒子的质量预期由原来的62GeV变为102GeV,缓解了预期与直接实验寻找之间的矛盾。2012年发现希格斯粒子,其质量为125 GeV。



“BESII实验测得的R值结果,为后来在大型强子对撞机上最终发现希格斯粒子提供了重要指导。”王贻芳强调。



不仅仅单纯的科学研究项目



事实上,北京谱仪这样的大型高能物理实验,不仅仅是单纯的研究项目。从实验探测器、电子学、在线取数系统的设计、建造,到顺利运行,在实验中实现乃至超过探测器系统的设计指标,再到数据分析和成果发表,再包含其中的硬件和软件升级,这是一个复杂的系统工程。



这样的大工程的成功,不仅仅体现在各种硬性成果上,而且还体现在成功管理和协调这样一个国际性大型科研团体的经验积累、科学文化的建立和这一合作过程中培养和成长起来的大量高能物理人才。



BES实验也是科技领域国际合作的典范,历经30年发展至今,北京谱仪国际合作组由最初来自中国的60余名,美国的20余名,总共90余名物理学家,不久增加到约150人,发展到如今BESIII国际合作组来自中国、美国、德国、意大利、英国、俄罗斯、瑞典、日本、荷兰等15个国家72个研究单位的近500名合作者。“通过国际合作,我们得以建立现代科学文化、加快人才培养、先进技术引进的速度。”王贻芳说道。







以北京谱仪的建设为起点,高能物理实验领域这30多年逐渐由国际高能物理俱乐部中的一张新面孔,走到了国际高能物理研究舞台的中央。



BESⅢ国际合作组发言人、中国科学院高能物理研究所研究员苑长征表示,BES实验30年来,一直是我国培养高科技人才的重要基地。BESIII实验还将继续运行5-10年,物理研究将继续保持15年以上,可以期待有更多新的发现和成果。


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