北京正负电子对撞机重大改造工程圆满完成建设任务，图为重大改造后的北京正负电子对撞机的双储存环。
4年多前，即2004年4月30日，已连续工作15年的“北京正负电子对撞机”（BEPC）正式结束高能物理实验运行，但这并不意味着年事已高、面临退休。恰恰相反，它将活力四射、重任在前--就在同一天、同一地点，总投资预算为6.4亿元人民币、以将对撞性能提高100倍为目标的重大改造工程(BEPCⅡ)宣告进入全面实施阶段。
4年来，看不见尘土飞扬，听不到机器轰鸣。改造工程在北京西郊玉泉路北侧的中国科学院高能物理研究所几米深的地下进行。目前，它已基本完工。
这种先进的加速器与大型高能物理实验装置，可以说是观察微观世界的“显微镜”--当前科学家研究物质微观世界最小构成单元及其相互作用规律的主要科学手段之一，能够帮助人类了解物质微观结构的许多奥秘。
具体地说，正负电子对撞机将各种粒子(如正电子和负电子、质子等)储存在环形的高真空管道内，使之以接近光速的速度沿相反方向运动，在指定的点上（靶子）对撞。通过研究高能粒子与靶中粒子碰撞时产生的各种反应研究其反应的性质，从而发现新粒子与新现象。
可以设想，用加速器的粒子轰击静止的靶，就像在一起交通事故中一辆汽车撞到另一辆停在路边的汽车上，碰撞的威力就不够大（撞车的能量很大一部分要消耗到使停在路边的汽车向前冲上）。如果使两辆相向开行的高速汽车对头相撞，碰撞的威力自然就大许多倍。基于这种想法，科学家们在上世纪70年代初研制成功了对撞机。目前世界上已建成或正在兴建的对撞机有10多台。
BEPC的外型很像一只硕大的羽毛球拍，它由注入器、输运线、储存环、北京谱仪和同步辐射装置等几部分组成。注入器是一台200米长的直线加速器，给储存环提供能量为1.1-1.55GeV的正负电子束；输运线连接注入器和储存环，将注入器输出的正负电子分别传送到储存环里；北京谱仪是围绕对撞点的探测器，它用多种科学方法记录反应产生的粒子的种类及其能量和动量；同步辐射装置则位于储存环第三和第四区，在那里，负电子经过弯转磁铁和扭摆器时发出的同步辐射光经前端区和光束线引至各个同步辐射实验站。
与BEPC相比，BEPCⅡ的基本构造不会改变，只是采用了目前世界上最先进的“双环交叉对撞”方案，即在对撞机原有的储存环内增建一个“储存环”。此乃整个装置中非常关键的组成部分，正负电子的对撞就是在这一区域内实现的，它实际上是一台环型加速器，将正负电子加速到需要的能量，并加以储存。新的储存环在原有的单一环线外另外增加了一环，正负电子各占一环（分别在各自的储存环内运动），实现了分流--原先电子只有一条“光速跑道”，改造后正负电子各占一条“跑道”进行大角度水平对撞，同时，正电子和负电子对撞的束团数目将从单环时的1对增加到93对。
“这种正负电子的对撞在以往每转一圈只撞一次，现在则可以撞93次，而且双环对撞的效果也将是原来的100倍。”北京正负电子对撞机重大改造工程办公室主任、中国科学院高能物理研究所研究员罗小安表示，高能物理实验就是要获得大量的物理数据，“提高100倍之后”的意思是说，原来100天获得的数据量，现在1天就能获得了。
然而，储存环设备的拆除、安装是工程最困难的阶段，难度甚至超乎想象。国外的双环对撞机周长一般至少在2000米以上，欧洲的对撞机周长甚至是27000米，可北京的只有240米，且隧道截面小、对撞区短。此次改造，在240米周长的隧道内给正负电子束流各做一个储存环，还要保持和增加同步辐射插入件和引出口，给设计、施工增加了极大的难度和压力。其中的一个小难点是，十几吨的设备不能使用大吊车安放。
“原来的隧道是给单环设计的，空间狭小，现在安装双环就拥挤到了极点。”北京正负电子对撞机重大改造工程指挥部经理、中国科学院高能物理研究所所长陈和生院士介绍说，国外成功的双环对撞机是在80米距离内实现电子对撞再分开，“我们却必须在28米内实现。” 改造中的许多技术和设备在中国国内也从未有过，而高能物理对撞机的加工精度比航天、航空领域还要高，数万根电缆一根都不能接错，可这些仅仅是改造工程千头万绪的几缕。
不过，改造工程实现了种种关键性的技术突破，特别是在超导磁铁和低温系统研制方面，如对撞区需要插入超导磁铁和谱仪超导磁铁，这是整个工程的瓶颈，中国科学院高能物理研究所主要依靠自己的力量，完成了谱仪超导磁铁研制，改造了阀箱，基本解决了各种难题，达成稳定运行。
随着时代的变迁，BEPCⅡ与BEPC的建设显现出了差异。后者是在计划经济的体制下建设的，中央政府专门成立工程领导小组，一些关键部件的制造可以通过国务院重大装备办公室直接安排工业生产，经费的调拨上一直是重点保证。而BEPCⅡ则是在市场经济环境下建造的，产品研制、合同订立等都要按市场经济的规律办事，经费的监督和管理也严格按国家的财务和基本建设方案进行。于是，除了申请国家投资5.4亿元人民币以外，中国科学院还通过包括国际合作在内的多种途径再筹集资金1亿元（邀请国外的高能物理研究机构和大学来参加探测器和加速器的建造，并分担一部分建造费用）。而这正是国际高能物理研究通行的模式。
“撞击”物质世界大门20年
“这件事不能再延迟了！”在中国科学院高能物理所主楼大堂的左侧墙壁上，有这样一行手书体的金色大字。落款是“周恩来”。
这是1972年9月11日中国总理周恩来对科学家提出加速高能物理研究和高能加速器预制建议信所作的批示。中国科学院随即在1973年初成立了高能物理研究所。此时仍处于“文化大革命”期间（1966-1976）。经过“七下八上”，各种方案和家经济形势的变换，中央政府于1982年最终决定建造BEPC。1984年10月，这一占地50000平方米的大科学工程终于破土动工。中国改革的“总设计师”邓小平为其奠基。针对当时是否“超前”的争议，他对周围人说：“我相信，这件事不会错。”
4年后的1988年10月16日凌晨，“第一撞”顺利实现，随即，中共中央机关报《人民日报》发表评论说，这是中国继原子弹、氢弹爆炸成功、人造卫星上天之后，在高科技领域又一重大突破性成就。
很快，BEPC跻身于世界8大高能物理实验研究中心之列。从此，它也使得中国的高能物理研究取得了突破性进展，促进了大批高技术的发展，并获得包括处于国际领先地位的一批重大成果。
大科学装置往往需要采用大量的先进技术，它可以带来大量的高技术，如超导、精密机械、自动控制、计算机等的快速发展。“这些技术往往会在较短时间内就对整个社会的高技术发展起到很大的推动作用。”陈和生院士说。
“高能物理研究涉及两个方面的内容，一个是对物质结构规律的认识，它会带来强大的生产力，就像我们过去在原子核的结构研究中所带来的半导体、激光、原子弹、原子能发电等；而对暗物质、暗能量的研究同样也可能对社会产生重大影响，虽然具体是什么影响，我们现在还完全不知道，但当然必须去研究。”陈院士表示，尽管有很多突破，可上世纪的物理学成果仍只能解释宇宙的4%，还不到1/20，其余96%的暗物质和暗能量现在并不知道。“这就给高能物理、天体物理的研究提出了一个严峻的挑战--要去解释其余的96%是什么。”
国际合作是世界各国发展粒子物理实验研究的基本方式，由于BEPC的建成并投入运行，中国也终于有条件作为东道国组织多国科学家参与的、大规模的物理实验。
11月4日，国务院总理温家宝在考察完工不久的BEPCⅡ工程时会见了出席中美高能物理联合委员会第29次会议的美国科学家代表。他说，北京正负电子对撞机既是中美科技合作的典范，也是多国科技合作的典范。这个项目的合作富有成果，产生了第一流的成果和技术。
还值得一提的是，正因BEPC带来的国际合作，中国通往互联网的最早出口就出现在中国科学院高能物理研究所，并最早使用网页来交流信息，那时候，大部分电脑还停留在“孤岛”和“字符”时代。“1988年，我们所的计算机节点进入了世界的因特网，有了自己的节点名称。当时的不少外国使馆和大公司也是通过电话拨号到高能所才能使用电子邮件。”陈和生回忆说，www网页技术是欧洲核子物理研究中心为高能物理的研究而发明的。“上世纪90年代初，www网页刚出来时，我们就将其引进到高能所，向全国推广，产生巨大的影响。”
“多才多艺”
对多数人而言，“正负电子对撞机”或许与百姓的生活没有直接关系。但很少有人会想到，BEPC曾经为抗击与防治SARS做出过贡献。
原来，BEPC的同步辐射系统曾于2002年建成中国第一个专用于生物大分子结构分析的同步辐射光束线实验站，这套装置成为结构基因组研究的一个重要平台，于此，科学家们在世界上率先完成了SARS病毒蛋白质结构测定，首次获得了其蛋白酶大分子结构，为医疗机构研究对应治疗药物提供了最重要的依据和条件。
据了解，2004年中国科学家关于菠菜光合作用机理研究获得的重要成果，就是通过BEPC的同步辐射装置的实验站上取得的；材料界时髦的纳米结构研究也常在该站上进行。
事实上，BEPC的同步辐射装置是目前国内唯一的Ｘ射线同步辐射光源，也就成为一个对社会开放的大型公用科学设施，是中国重要的同步辐射技术研究基地和开展凝聚态物理、材料科学、生命科学、资源环境及微电子技术等多学科交叉前沿研究的重要基地。近几年，为了同时满足高能物理实验研究和同步辐射用户的需求，BEPC每年运行长达10个月左右，是国际上同类加速器中运行时间最长的。年年接待来自全国百余个科研单位和大学的科学家利用北京同步辐射装置进行数百个实验，取得了许多重要成果。
中国科学院高能物理所还以BEPC系统上的北京谱仪为实验基地，发展了包括来自国内外几十所大学和研究机构的百余名科学家组成的北京谱仪国际合作组，也取得了多项国际领先水平的重要科研成果。
“BEPC不仅用于撞击微观粒子，还有许多辅助功能，可谓‘多才多艺’。”《北京晨报》科技版编辑薛晖一言以蔽之。
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