正负电子对撞机

北京正负电子对撞机的工程成就

从1999年开始，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，使用麻花轨道实现多束团对撞，亮度提高一个数量级左右。但由于受到BEPC丰硕科研成果的吸引，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BEPC改进升级的目标相同。但是他们采用短平快的方法，声称能在2～3年内达到设计目标。实际上，他们的短平快方法并不成功，CESRc只达到了设计性能的1/5到1/8。“然而在当时，如果BEPCII不改变方案，大幅度提高效能，我们将失去国际竞争力。”陈和生介绍，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，中国科学家接受挑战，迎难而上，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，远高于康奈尔大学对撞机，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。这个方案的验收指标是将性能提高30倍，难度极大。这个方案得到了科学界的支持和国家的批准，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。研究人员在参考国际先进的双环方案的基础上，根据“一机两用”的设计原则，巧妙地利用外环提供同步辐射光，并将硬X光的强度提高了一个数量级，满足广大同步辐射用户的需求。BEPCII工程于2004年1月动工，计划工期5年，改造的主要目标是提高对撞机的性能，使粲物理数据增加两个数量级。“我们边建设边提供同步辐射光，创国际先例。”陈和生说，尽管工程建设和调束的时间十分紧张，高能所仍坚持以国家需求为己任，考虑到上海同步辐射光源尚未建成，为了保证国内广大同步辐射用户研究工作的需要，主动将工程建设分为三个阶段：直线加速器改造、储存环改造和探测器改造，并克服重重困难，在每个阶段都插入同步辐射运行，最大限度地减少工程对同步辐射用户造成的影响，创造了在大型加速器的建设过程中提供同步辐射专用光服务的国际先例。2009年4月下旬，开始本轮调束前，BEPCII/北京谱仪III进行物理数据采集，仅用不到一个月的时间，就获得了1亿 ψ（2S）衰变事例，是目前世界上最大的在ψ (2S）共振峰上采集的数据样本，数据质量非常好。而改造前获取1400万事例要用三个多月的时间。“BEPCII挑战加速器建设和调试的难度极限。”陈和生透露，国际上成功的双环电子对撞机的周长一般在2公里以上，而北京正负电子对撞机（BEPC）储存环的周长短，只有240米。隧道原来是给单环设计的，空间狭小。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，BEPCII的对撞区非常短，必须在28米内实现。其次，多项先进技术为首次应用。为了继续保持在τ—粲物理能区的先进性，工程采用大量国际上的顶尖技术，而许多技术、设备是国内从未有过的，而高能物理对撞机的加工精度往往比航天、航空领域的要求还要高。比如，对撞机必须使用多种先进的超导设备，大多为国内从未有过的，并为此建立大型氦低温系统。其他首次应用的技术还有加速器建造中的横向反馈系统、超导高频系统、超导磁铁、全环轨道慢反馈、束团流强检测控制，探测器建造中的高分辨率晶体量能器、小单元氦基气体漂移室、大型螺线管超导磁体、阻性板室（RPC）等。据悉，BEPCII对撞亮度达到验收指标的消息传出，世界各大实验室的加速器专家，如欧洲核子研究中心（CERN）的副所长Steve Myers、大型正负电子对撞机LEP和大型强子对撞机LHC的调束运行负责人CERN的Paul Collier博士、美国布鲁克海文实验室（BNL）的著名加速器专家翁武忠博士、美国斯坦福直线加速器中心（SLAC）的赵午教授等纷纷在第一时间发来邮件表示祝贺。

中国的北京正负电子对撞机有什么实际的用处么?把正负电子加速后,然后让他们对撞产生反应生产伽马光?

静止的正负电子湮灭后产生两个gamma光子,但是只要能量足够够大,正负电子对撞后能产生很多种粒子,包括轻子、胶子以及他们的反粒子,例如τ子,μ子等。对τ子质量的测量,与测量其他很多微观粒子的质量一样,利用的是不确定性关系。其实粒子的质量不是一个确定的值,而是在平均值附近有一定的分布,在这条分布曲线高度一半处的宽度成为粒子的“宽度”Г,根据量子力学,这个宽度与粒子的平均寿命有这样的关系:τΓ=h/c^2 (这里h和c分别是普朗克常数和光速)。因此在实验上通过测量粒子的平均寿命就可以推出它的质量了。当然,对于寿命太长或太短,用这种方法测量质量误差就比较大了,但这时候粒子的质量就比较“适中”,通常可以用其他直接方法如反冲法等测量了。采纳哦

如何看待环形正负电子对撞机 CEPC 项目？

首先说项目进展，海伯利安的回答非常鼓舞人心，不过，真实情况可能并没有乐观到“马上就要立项、已经准备动工”的程度。猜测可能是科技部重点研发专项“CEPC预研”项目的3600万经费的立项误传成了整个项目的立项吧。立项方面的进展，今年6月在发改委申请未来十三五大科学工程的立项，高能物理学界是以CEPC为主，结合了Z工厂、τ-Charm工厂一道，推了一个10亿的验证装置建设项目，非常可惜，这个项目最终没有通过。除了尽可能推动立项工作，怎么做这个工程当然也十分重要，毕竟是在整个地球上都举足轻重的大项目。目前来说主要是两方面，探测器工程和加速器工程。单说加速器，加速器是一个综合性的学科，包括高频、磁铁、自动控制、真空等等多项技术，现有的技术水平相对这一个大工程来说还比较低，成本也相对较高。不过，如果未来十四五计划中能够顺利立项的话，我们有差不多10年或者更久的技术研发与储备阶段，相关联的各专业也有可能取得新的突破，得到一个比较优化的解决方案是有希望的。去年高能所和CEPC的委员会发布了一套preliminary的conceptual design report，全世界可能有几千名专家署名，16开本四本，每本几百页。今年的国际粒子加速器会议上，高能所的专家组做了若干个报告和海报，在各技术领域都汇报了进展。前几天得到的消息，刚结束的中国高能物理战略研讨会上，大家也都认同应该达成一个明确的声音去集中推动重要工程的实施。总的来说，应该说高能物理和加速器界基本达成了“我们希望去做这件事”的共识。

中国建设环形高能正负电子对撞机实验项目有什么研究价值？

环形正负电子对撞机（CEPC）是我国正在论证中的新一代高能粒子加速器，如果建成，它将有望超越大型强子对撞机（LHC），成为世界上最强的粒子加速器之一。那么，建造这样大型的粒子加速器有什么意义呢？现代物理学发展到如今的地步，早就不像爱因斯坦的那个时代一样，只用一根笔和一张纸就能取得物理学的突破。只有进一步揭开物质的结构，才能推动理论物理学的发展，进而推动科学的发展。这就需要通过高能粒子加速器来使亚光速粒子互相碰撞，以期获得新的发现。粒子物理标准模型所预言的一种极为重要的基本粒子——希格斯玻色子就是在大型强子对撞机中发现的。虽然这种粒子早在上个世纪六十年代就已经被预言存在，但直到21世纪之后，大型强子对撞机的投入使用才被证实。希格斯玻色子的发现，标志着粒子物理标准模型已经找到了最后一块拼图，新的物理学时代需要强大的粒子加速器去开创。如果我国的环形正负电子对撞机能够建成，将使我国成为世界物理学的中心之一，从而能够吸引到更多的人才，促进我国科技的发展。目前正值基础物理学发展的转折时期，如果要把握住这次机遇，就需要比LHC更为强大的CEPC。如果以CEPC来测量希格斯玻色子，其信噪比将要比LHC高出1亿倍。因此，利用CEPC很有可能还会取得更多物理学新发现。不过，我国泰斗级物理学家杨振宁对于CEPC项目表示反对。杨老并不是反对我国基础物理学的发展，只是认为我国现阶段不应建造CEPC，因为这个项目需要耗费巨大的资金，可能需要投入上千亿元。而我国更多领域还亟待资金的投入，例如，环保、教育、医疗，先解决燃眉之急，以后再来考虑建造更为强大的高能粒子加速器。

正负电子对撞机和正负离子对撞机有什么不同？有什么作用？

1 正负电子对撞机，由于正负电子的电荷相反，所以这种对撞机只要建立一个环就可以了。相应的造价就比较低，世界上已建成的对撞机大部分是属于这一类的。
但是，由于电子回旋时引起的同步辐射损失，使这种对撞机能量的进一步提高发生了困难，因为同步辐射功率与电子的能量二次方成正比，且与回旋半径的平方成反比，为了减少辐射损失，一般高能量的电子对撞机均采用大半径方案，即采用只有几千高斯的低磁场来控制电子的运动，即使如此，电子对撞机的最高能量仍然受到很大的限制，例如,10GeV的电子在曲率半径为100m的对撞机中运动时，每圈的辐射损失约为10MeV，如果对撞机中的回旋电流为1A，要补偿这束电子流的辐射损失，就需要平均功率为10MW的高频功率。假如正电子流也为1A，则总的平均功率为20MW，由此可见，对撞机中高加速频系统的功率绝大部分是用来补偿这一同步辐射损失的。
辐射特性虽然给电子能量的进一步提高带来了困难，但也有一定的好处，这是因为电子或正电子注入对撞机后，由于电子的辐射损失，使电子截面受到强烈的压缩，电子很快集中到一个很小的区域中，其余的空间可以用来容纳再一次注入的电子，这样使积累过程简化，而且允许采用较低能量的注入器，通常采用直线加速器，也有采用电子同步加速器的。
这种对撞机中所需的正电子是由能量为几十兆电子伏以上的电子打靶后产生的，为了得到尽可能强的正电子束，往往需要建造一台低能量的强流电子直线加速器。另外产生出来的正电子束尚需再度注入到注入器中，与电子一起加速到必要的能量，再注入到对撞机中去。由于正电子束的强度只及电子束的千分之一到万分之一，所以需要几分甚至几十分钟的积累，才能达到足够的强度。
2：质子－质子对撞机这种对撞机需要建造两个环，分别储存两束相反方向回旋的质子束，才能实行质子与质子的对撞。由于质子作回旋运动时，其同步辐射要比电子小得多，当质子达到的能量范围内，可以略去不计，因此为缩小这类对撞机的规模，尽量采用强磁场，这就需要采用超导磁体。另外，质子束的积累也不如电子对撞机那样方便，它必须依靠动量空间的积累来实现。为此，必须首先在高能同步加速器中，将质子加速到高能（一般为几十吉电子伏），依靠绝热压缩，将质子束的动量散度压缩上百倍，再注入到对撞机中去进行积累，质子对撞机中的高频加速系统主要是用来进行动量空间的积累及积累完毕后的进一步加速，因此所需要的高频功率也比电子对撞机小得多。由于上述原因，质子－质子对撞机的规模要比电子－正电子对撞机大，投资也较高。


4：电子－质子对撞机这种对撞机的主要困难在于电子束的横截面很小，线度约为几分之一毫米，而质子的横截面较大,线度约为一厘米左右。前者束流较密集,后者较疏松，两者相撞时作用几率很小，目前正在研究中，实现这种对撞需建立两个环，一个是低磁场的常规磁铁环,以储存及加速电子；另一个是高场的超导磁体环，以储存并加速质子，两个环的半径相同并放在同一隧道中，所以电子的能量通常是几十吉电子伏，质子的能量为几百吉电子伏。随着加速器技术的提高，为了节约投资，新建的巨型加速器，往往在一个隧道中建造三个环，以便可能进行多种粒子对撞，例如质子质子、质子－反质子，电子－正电子、质子－电子对撞。
5、电子直线对撞机为避免电子作回旋运动时同步辐射损失引起的困难，早在1965年已有人指出，在电子能量高于上百吉电子伏时，应采用直线型来进行对撞，就是说，应采用两台电子直线加速器加速两股运动方向相反的电子束（或正负电子束）待达到预定能量后，两股电子束被引出并在某点相碰。碰撞一次后的电子束即被遗弃，不再重复利用。当然，只有当这些被遗弃的电子束单位时间所带走的能量小于环形对撞机中同步辐射的损失功率，这种方案才会被考虑。另外，由于电子直线加速功率的限制，每秒能提供的电子束脉冲数是有限的，所以单位时间内发生的碰撞次数也比环形对撞机少得多，为了保证直线对撞机与环形对撞机有相同的亮度，要求在碰撞点的横截面进一步压缩，约比环形对撞机中的碰撞截面小几十到几百倍，技术上的进展，使这种对撞机受到重视，有关的各种问题正在解决中。

正负电子对撞机和强子对撞机有什么区别

继引力波、量子通信之后，又一个“高冷”的物理名词成了新晋“网红”——对撞机，因为科学“大咖”们最近在争论中国现在要不要建大型对撞机“这种超大超贵的机器”。
从字面上解析，对撞机就是让某种东西在其中对撞的机器。但“大咖”们近日争论的对撞机对撞的可不是一般的东西，而是高能物理领域被加速到接近光速的带电微小粒子。

北京正负电子对撞机的装置概况

BEPC自1990年建成运行以来，迅速成为在20亿到50亿电子伏特能量区域居世界领先地位的对撞机，优异性能为我国开展高能物理实验创造了条件，取得了一批在国际高能物理界有影响的重要研究成果。如：τ轻子质量的精确测量、20-50亿电子伏特能区正负电子对撞强子反应截面（R值）的精确测量、发现“质子-反质子”质量阈值处新共振态、发现X（1835）新粒子等；同时，BEPC“一机两用”，成为我国众多学科的同步辐射大型公共实验平台，取得了包括大批重要蛋白质结构测定在内的重要结果。北京正负电子对撞机（BEPC）占地总面积达57500平方米，由电子注入器、储存环、探测器、核同步辐射区、计算中心等5个部分组成。正、负电子在其中的高真空管道内被加速到接近光速，并在指定的地点发生对撞，通过大型探测器--北京谱仪记录对撞产生的粒子特征。科学家通过对这些数据的处理和分析，进一步认识粒子的性质，从而揭示微观世界的奥秘。90年代以来，高能所已成为世界八大高能物理实验研究中心之一。