用高能物理服务交叉学科——探访正负电子对撞机国家实验室

今年春天，中国科学院高能物理研究所（以下简称高能所）的北京正负电子对撞机（BEPCII）/北京谱仪（BESIII）取得新进展：该实验室发现新的共振结构Zc（3900）。
　　
　　此前一年内，研究人员通过北京正负电子对撞机（BEPCII）/北京同步辐射（BSRF）获得重要实验数据，提出了关于脱落酸ABA受体不同于以往研究的分子机制。
　　
　　这两项实验均在正负电子对撞机国家实验室（BEPC）完成。“我们是一个国际性的开放实验室，免费为国内外有需求的用户提供实验平台。”中国科学院院士、BEPC主任陈和生在接受《中国科学报》记者采访时表示，“我们这里的实验不仅仅局限于高能物理，还涵盖了很多交叉学科。”
　　
　　小体量大设备
　　
　　相比一些国外同行，BEPC地方小，人数少。“虽然我们规模小，但该有的设备一应俱全。”陈和生说。
　　
　　其中，加速器中心是高能所规模最大的研究部门，也是国内人员配备最齐全的加速器中心，它承担了BEPCII的运行工作。
　　
　　作为BEPCII运行的动力之源，在加速器建造中的横向反馈系统、超导高频系统、超导磁铁、全环轨道慢反馈及束团流强检测控制等多项技术，均是首次应用的国际顶尖技术，并已转化为面向国家需求的高技术产品。
　　
　　高能物理对撞机的加工精度往往比航天、航空领域的产品要求还要高。BEPCII要达到高性能，必须精确控制束流。这对加速器设计和设备制造提出了非常严格的要求，并要求在运行过程保持长期的稳定性。
　　
　　高能所加速器中心主任秦庆向记者介绍，每个储存环内分别有70～100个束团，以十分接近光速的速度运动，正负电子束团每秒钟碰撞1亿多次，对撞时要实现六维精确控制，在横向位置精度达到微米级，约为一根发丝的几十分之一；在纵向时间控制精度须达到皮秒级，即万亿分之一秒。
　　
　　加速器建设团队在储存环改造后提供了四轮5个月的同步辐射专用光运行，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。
　　
　　“在国际上，我们的加速器曾多次凭借经验、口碑、价格和技术，成功击退众多竞争对手，比如赢得了国际直线对撞机（ILC）的国际合作。”秦庆深有感触。
　　
　　付出源自信任
　　
　　北京正负电子对撞机/北京谱仪（BEPC/BES）是工作在粲-τ能区（质心系能量2～4.6GeV）的大型实验装置。
　　
　　高能所试验物理中心副主任朱科军告诉记者，经过重大改造后，BEPCII的设计亮度约为原来的100倍。新的北京谱仪（BESIII）采用全新探测技术，具有更好的探测性能。因此，BEPCII/BESIII将是近年来唯一工作在该能区的高能物理实验。
　　
　　资料显示，BESIII于2007年完成建造，是以BEPCII为主的大型国际合作组，成员包括来自11个国家和地区、50多个研究机构的约300名科学家。BESIII合作组利用在BEPCII取得的数据开展高能物理研究，在轻强子谱、粲偶素的衰变等方面取得重要进展，完成和发表了一大批重要的物理成果。
　　
　　朱科军告诉记者，在试验物理中心，各个专业比较齐全，从2000年北京谱仪建设以来，试验物理中心同时也在进行一项人才储备工作。
　　
　　见证了BESIII的建设过程，朱科军对比自己在国外的学习和工作经历，感触颇深地说：“回国前，我也不知道自己在坚持什么。但回国后，我和团队一起攻关BESIII时才发现，是一种信任，也是一种责任。”
　　
　　如果换作是在国外，朱科军不得不承认自己肯定没有这般强烈的责任心。当记者问及为什么时，他只是淡淡地回答道：“这是我们自己的BESIII，肩上有一副来自国家的信任重担压着。”
　　
　　跨越多个学科
　　
　　BEPCII“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。
　　
　　高能所多学科研究中心副主任胡天斗说，BSRF除了为基础科学研究提供实验机时外，同时也为一些国家重大需求提供重要的技术支持。
　　
　　比如，BSRF长期为工程物理研究院的多个研究所提供高精度探测器标定，完成了大量X光探测元件的精密标定，标定数据广泛应用于神光系列实验，为辐射温度的测量精度提高（不确定度从8%降低到3%）奠定坚实基础；为中国科学院金属研究所某型号飞机发动机叶片验收标准的制定提供了关键数据。
　　
　　胡天斗还向记者列举了一个生命科学的例子：几年前，上海交通大学医学院附属瑞金医院上海血液学研究所陈竺院士和陈赛娟院士领导的研究组，揭示了癌蛋白PML-RAR是砷剂治疗急性早幼粒细胞性白血病APL的直接药物靶点。
　　
　　该研究利用北京同步辐射1W1B-XAFS技术和定量拟合计算，这一结论的获得大大推动了对三氧化二砷治疗白血病功能机理的认识。
　　
　　此外，胡天斗带领的北京同步辐射装置科研人员，瞄准X射线相位衬度成像普及应用这个与人类健康紧密相关的课题，利用X射线正面入射和反面入射吸收相同，折射角相反的原理，提出攻克这一难题的研究方案。
　　
　　为了验证这一研究方案的正确性，科研人员先后与日本东京大学、瑞士同步辐射光源的X射线成像专家合作，开展一系列精心设计的实验研究，最终获得完全肯定的实验结果。
　　
　　研究成果不但使X射线相位衬度成像的曝光剂量至少降低50%，而且可以像传统X射线吸收CT一样操作简便，实现快速三维成像，消除了将X射线相位衬度成像方法应用到传统医学X射线CT技术的一个关键障碍，为形成安全性和灵敏度更高的医学X射线相位CT技术开辟了新的研究路线。
　　
　　讲起自己从事的同步辐射工作，胡天斗认为这项工作非常有意义，“因为同步辐射XAFS实验技术是一种能够达到原子分辨水平的局域结构研究手段，已成功为多项研究提供了强有力的实验证据”。