历时5年、耗资６.４亿元的北京正负电子对撞机重大改造工程（ＢＥＰＣＩＩ）近日通过国家验收。经过专家测试和鉴定，ＢＥＰＣＩＩ的直线加速器、储存环、同步辐射专用模式、北京谱仪III（BESIII）的主要性能参量全面达到了设计指标。这标志着我国在世界高能物理前沿研究领域占据的一席之地得到进一步巩固。

“ＢＥＰＣＩＩ的对撞亮度是改造前的33倍，在粲能区居国际领先水平。”中科院高能物理研究所所长陈和生说。

在国际竞争中胜出

1999年起，北京正负电子对撞机未来发展的预先研究已经开始，改造工程最初计划采用单环方案。但是，由于受到BEPC上的研究成果的吸引，2001年美国康奈尔大学把一台原先在高能量下运行的对撞机转到BEPC的能区工作（称为CESRc），主要设计指标对撞亮度与我们的单环方案相同，但是他们采用“短平快”的方法，称能在2-3年内达到设计目标。 

“在当时，如果我们不改变方案，大幅度提高性能，将失去国际竞争力。”陈和生说。面对严峻的竞争，为了继续保持在国际高能物理研究上的优势，中国科学家提出了新的改造方案，采用最先进的双环交叉对撞技术改造对撞机，设计对撞亮度比原来的对撞机高30-100倍，使BEPCII将在世界同类型装置中继续保持领先地位，成为国际上最先进的双环对撞机之一。　　

这个方案得到了批准，并在2004年初开工建设，称为北京正负电子对撞机重大改造工程（BEPCII）。 

在今年5月，BEPCII对撞亮度达到验收指标的消息传出后，美国斯坦福直线加速器中心的赵午教授在祝贺的邮件中写道：“BEPCII已经达到了调束的目标，这是一个极好的消息！随着上海同步辐射光源和BEPCII的成功，你们令人信服地展示了中国加速器的世界级现状。”

美国康奈尔大学的赖斯教授是BEPCII主要竞争者CESR-c项目的负责人之一，他在邮件中祝贺表示：“由于CESR-c将终止运行，我们期待来自BESIII的一系列重要的物理发现。”

改造难度超乎想象

改造难度可以说是超乎想象。由于隧道周长短、空间小、对撞区短，建设难度极大，“国际上成功的双环电子对撞机的周长一般在2公里以上，而BEPC存储环的周长短，只有240米。隧道原来是为单个储存环设计的，现在要在原来的隧道内给正负电子束流各做一个储存环，设备十分拥挤。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，我们的对撞区非常短，必须在28米内实现。”陈和生说，“改造中许多技术和设备国内从未有过，高能物理对撞机的加工精度往往达到当前技术的极限。”

据介绍，工程采用大量国际上的顶尖技术，如加速器中的逐束团横向反馈系统、超导高频系统、高产额正电子源、高流强电子枪、氦基小单元高性能漂移室、无隔板晶体量能器和超导磁铁等。

“此外，中科院高能所投入了最精干的科研力量，并集中了几十家国内最先进的设备制造厂家，对重要设备的关键技术进行攻关。工程中许多设备的制作都属国内首创，特别是探测器主漂移室的精密加工、双孔径四极磁铁的制作、前室真空盒的加工等，制作难度极大。”陈和生说。

每秒对撞1亿多次

改造前北京正负电子对撞机每秒可对撞120万次，改造后采用多束团对撞，每秒可实现对撞1亿多次，“至此，我国在高能物理研究领域又前进了一步，对微观世界的认识也将更为精确。”中科院高能物理研究所有关负责人说。

改造后束团的每秒对撞次数几乎是改造前的100倍，为什么对撞次数越多越好？

据专家介绍，要想研究物质的微观结构，首先要把它打碎，粒子加速器就是用高速粒子去“打碎”被测物质的一种科学设施，而正负电子对撞机是一种先进的粒子加速器，是当前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。

“并不是每一次每一个正负电子对撞都能产生研究事例，如果每1个束团的情况与改造前相同，每秒对撞1亿多次也就意味着每秒获取的研究事例是以前的将近100倍，这可以大大提高效率，降低研究的误差，因为有些出现几率很小的罕见研究事例也会因为对撞次数的增加而出现，就使得研究更为精确。”陈和生说。

创造了同类加速器建设纪录

ＢＥＰＣＩＩ工程分三阶段进行：直线加速器改造；储存环改造；探测器改造。改造的主要目标是提高对撞机的性能，使获取的粲粒子事例增加两个数量级，大幅度提高探测器性能。同时，工程每个阶段都插入同步辐射运行，开创了在大型加速器的建设过程中为用户提供同步辐射专用光的国际先例。

“从2005年7月BEPC完成历史使命、储存环停机到2006年11月开机调束，拆旧安新，仅用16个月。2006年11月9日BEPCII储存环所有主体设备均安装完毕。11月12日，开始直线加速器和储存环的联合调束，11月18日电子束流成功地在BEPCII储存环中积累。”中国科学院高能物理研究所有关负责人介绍说。

“在这样短的时间里BEPCII储存环实现束流积累，表明储存环设备的安装符合设计要求，各个硬件系统满足调束需求，物理设计合理，工程质量控制有效，为完成BEPCII工程奠定了良好基础。仅用了5天就在储存环内积累了束流，这个速度在世界加速器调束的历史上也是少见的。”陈和生说。

BEPCII通过国家验收，并正式投入运行，是一个新开端。陈和生告诉记者，一方面，要加紧开展高能物理和同步辐射实验研究，实现稳定、可靠和高效运行。另一方面，一台高能物理实验装置的建成，又意味着新的改进工作的开始，科技人员将继续开展研究，不断提高对撞亮度等性能，确保BEPCII科学目标的实现。 

（人民日报海外版 2009年7月24日 第15版）