中国对撞机如何在与美国的竞争中胜出？| 科技袁人_风闻
风云之声-风云之声官方账号-2022-06-03 08:08
导言：
科学家一般多讲合作少讲竞争，但这里有一个从头到尾讲竞争的故事，还是在中国弱势的对撞机领域。
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本视频发布于2022年3月16日，点赞量已达1.1w
■ 精彩呈现：
很多人都听说过北京正负电子对撞机（BEPC），知道在1988年它落成时，邓小平发表了《中国必须在高科技领域占有一席之地》的著名讲话。但BEPC究竟做了些什么呢？有人认为它什么成果都没有，纯属浪费钱。最近，我看到陈和生院士的文章《李政道先生和北京正负电子对撞机重大改造工程》，才知道BEPC不但有不少成果，而且还有一个在与美国的竞争中胜出的惊人故事。
BEPC投入运行后，迅速达到设计指标，成为了世界八大高能加速器中心之一，取得许多重大物理成果，τ-粲物理研究处于国际领先，在世界高能物理领域占有一席之地。例如它使τ轻子质量的世界平均值改变了3倍标准差，精度提高了10 倍，验证了轻子普适性。又如它把2-5 GeV能区强子产生截面R值的平均测量精度提高了2~3倍，大大提高了标准模型对Higgs粒子质量的预测精度。顺便说一句，我的科大同事赵政国院士对此做出了重要贡献。
下一步，他们打算把BEPC升级为BEPCII，物理目标定位在粲物理精确测量的国际前沿。从1999年夏天，开始了设计和研发。
然而2000年底，出现了一个竞争者。它叫做CESR，即康奈尔电子存储环，是美国久负盛名的加速器。CESR考虑到粲能区丰富的物理成果，决定将其质心系能量从10 GeV区域降低到粲能量区域，即变成CESRc，设计亮度为3×10^32 cm^(-2) s^(-1)，与BEPCII单环方案的亮度相同。
面对撞车，陈和生等人于2000年1月访问了CESR和SLAC（斯坦福直线加速器中心）。CESR的领导对他们的访问颇为冷淡，没有进行任何技术性讨论，也没有安排参观超导腔实验室。CESR所长M. Tigler教授认为，CESR已成功实现了10 GeV 的加速器麻花轨道，在两年内降低能量转换为CESRc 是相当容易的。
这使BEPCII计划面临着巨大的困难。显然，单环版BEPCII的麻花轨道方案需要相当长的建设和调试时间，很难与CESRc竞争，于是他们考虑了采用双环方案。
随后他们访问了SLAC。SLAC主任J. Dorfan和B. Richter教授鼓励他们继续进行双环方案。他们认为与CESRc的短期方案相比，BEPCII双环方案更加可行和可靠。
李政道先生知道了这些变化，意味深长地说：“Life is interesting.”
CESRc对BEPCII的冲击是巨大的，高能所内外有些人很悲观，认为BEPC在与CESRc的竞争中必败无疑。
然而，陈和生等人注意到，日本高能加速器中心在KEKB成功实现了大交叉角碰撞，这使得在BEPC现有的隧道内设计大交叉角对撞，建设双环对撞机成为可行。他们发现BEPCII双环设计的亮度可能远远超过CESRc，因此集中力量开始了BEPCII的双环设计研究。同时从加速器物理的角度来看，CESRc是一个短平快的方案，有很大的不确定性，以前从未做过，很难预测是否可行。
结论是：我们不能放弃竞争！BEPCII的物理潜力要比CESRc高得多，设计亮度应比CESRc高3~4倍。
他们确定了双环BEPCII的设计方案，以及决定建造新的探测器BESIII。它将提供小的系统误差和非常高的数据采集率，以匹配高亮度的加速器。
2001年4月，陈和生在高能所的大会上强调：CESRc实际上隐含巨大的技术风险和不确定性，国际上许多著名加速器专家对它并不看好。BEPCII 采用双环方案仍有诸多优势。我们的基点必须放在竞争上。中国的高能物理没有退路。退，就意味着中国高能物理实验国内基地的终止。必须破釜沉舟，背水一战。两军相逢勇者胜。
2001年6月，陈和生向李政道详细汇报了BEPCII的双环方案和面临的竞争。李政道先生明确支持双环方案，并强调：
一，CESR转入粲能区运行，表明粲物理重要，我们的发展战略是正确的；
二，竞争利大于弊，能逼迫我们努力奋斗，并吸引国际高能界的重视，互相检验重大成果；
三，充分发挥中美高能物理会谈合作渠道，支持BEPCII；
四，一定要在竞争中取胜。
BEPCII工程于2004年1月动工。BEPCII/BESIII的建设意味着中国加速器和探测器技术的巨大飞跃，包括许多中国从未有过的尖端技术。施工过程中经历了许多困难和曲折。全所同仁夜以继日地努力工作，克服了一个又一个技术困难。
2008年7月16日，BEPCII 实现了存储环的第一次对撞。2009年5月，BEPCII的亮度达到验收指标3×10^32 cm^(-2) s^(-1)，李政道先生立即发来了贺信，表示热烈的祝贺。
另一边，CESRc怎么样了呢？正如我们所料，它“短平快”的方案完全不能达到预期的设计目标，无法与BEPCII 竞争。在BEPCII 开始运行后不久，它就停止了对撞物理运行。
**BEPCII的成功，保持和发展了其在世界粲物理领域的领先地位。**BEPCII实现了中国加速器和粒子探测器技术的巨大飞跃，为此后十多年来的粒子实验和粒子加速器提供了支持。**更重要的是，年轻一代的加速器和探测器物理学家和工程师在建造过程中成长起来。**现在BEPCII正在准备新的升级，进一步提高束流能量和对撞亮度，提高国际竞争力。
