电子运动的速度有多快？

电子对撞机是能使正负电子产生对撞的设备，将各种粒子加速到极高的能量，使粒子轰击一固定靶。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，发现新粒子、新现象。 对撞机又作为同步辐射装置，在凝聚态物理、材料科学、地球科学、化学化工、环境科学、生物医学、微电子技术、微机械技术和考古等应用研究领域取得了一大批骄人的成果。 利用同步辐射光对高温超导材料进行的深入研究，对世界上最大尺寸的碳60晶体以及X射线光刻技术的研究均取得重要突破。在微机械技术方面，制成直径仅4毫米超

比较大的有以下这几个：欧洲：LHC（大型强子对撞机，主要位于瑞士和法国，目前世界上最大的强子对撞机）。日本：ILC（国际直线加速器。在建。）美国：已有不少大型加速器，如：费米实验室，斯坦福直线加速器等等。超导超级对撞机（Superconducting Super Collider,简称SSC）是史上最大的科学研究建设，因为经费太高昂未建成被放弃。中国：BEPC（北京正负电子对撞机）、CEPC(Circular Electron Positron Collider，环形正负电子对撞机。在建，建成后将成为世界上最大的对撞机。

在我国环形正负电子对撞机科学研究调研组对外开放公布了设计概念汇报，中国科学院高能物理研究所有关责任人表明，环形电子器件对撞机能够协助我们进一步掌握希格斯粒子特性，宇宙空间初期演变，反物质遗失，找寻暗能量等一系列难解的重要关键问题，并找寻新的生物学规律性。正负电子对撞机是一种粒子加速器，粒子加速器这个东西，实际上在大家家家户户的屋子上都有，例如电视机和电脑上里边。电视机和电脑显示屏中的呈阴性射线管便是一种粒子加速器，呈阴性射线管从负极获取中电子器件，随后对电子器件加快并更改他们的方位，让电子器件撞到显示屏，最后在显示屏上造成闪光点。那样的基本原理，适用各种各样的粒子加速器，包含大家常说的电子器件对撞机，简而言之，粒子加速器的功效便是让不一样粒子撞在一起。不一样粒子撞在一起会产生什么？2个粒子相碰，不但运动状态会更改，还有可能会再换成别的粒子，人们便是用这种方法打开了分子，发觉里边存有的各种各样秘密。1898年，被后人称之为分子物理学之父的英国科学家卢瑟福，发觉铀和铀的化学物质所传出的放射线有二种不一样种类，一种是非常容易挥发的，另一种有极强的透过工作能力，因此卢瑟福用希腊英文字母给二种放射线取名，前面一种叫α放射线，后面一种叫β放射线。1910年，卢瑟福用α粒子轰击分子发觉了原子，4年之后，他又用α粒子轰击氢原子，结果把电子器件给做掉了，因此人们发觉了质子。再之后，卢瑟福再次拿α粒子轰击氮原子，把质子从原子里打出去，因此氮原子变成了氧分子……后人的科学家们在科学研究粒子时，大多数也是遵循卢瑟福的套路，便是用粒子持续轰击，最后持续发觉新粒子。但是，想把更多方面的粒子轰击开，就要高些的速率，高些的动能，对撞机就由此而来，将两束粒子加快到很高的动能并使之相向而行撞击。通过一个世纪的科学研究，包含粒子互撞和室内空间探寻，人们发觉了一百多种外部经济粒子，相互影响的种类也不一样，自然，基本上粒子仅仅极少数的十几种粒子。粒子组成了物质世界，科学研究组成化学物质和宇宙世界的粒子，早已成为了人们物质世界前沿的科学研究。从上世纪60时代人们修建各式各样电子器件对撞机逐渐，伴随着仪器设备升级换代，互撞的体力也越来越大，发觉也随着提升，根据对撞机获得的科学研究成效，很多早已改变了人们对物质世界的了解。现阶段，世界最著名的对撞机，是坐落于法国，瑞士边界地区的欧洲大中型斌子对撞机，这台设备不但是那时候世界最大的粒子加速器，也是最高的设备。运行欧洲大中型斌子对撞机的是欧洲核子研究组织，有着世界最大的粒子物理试验室，这一试验室还问世了一个大家今日都是在用的专用工具：因特网，便是输入网址时，前边的3个“W”。2012年，欧洲大中型斌子对撞机发觉了对物理尤为重要的“造物主粒子”——希格斯粒子，打开了粒子物理科学研究的新时期。希格斯粒子被称作基本上粒子基础理论商务大厦的根基，对其的促进会危害到人们对外部经济粒子和宏观经济宇宙空间的了解。在我国第一座较高能网络加速器是1988年初次互撞取得成功的北京正负电子对撞机，被称作全球八大较高能网络加速器之一，今年是这一网络加速器取得成功互撞40周年纪念。过去的40年，北京正负电子对撞机对在我国的等离子体物理科学研究给出了非常大的奉献。新的环形正负电子对撞机设计概念汇报公布，代表着有关网络加速器，探测仪和建筑专业基本上设计方案早已进行，将来将关心对撞机的核心技术和原型机产品研发。

总之，杨振宁的观点是，这花费了太多的钱。Cept和SPPC的建设加上运行和维护成本将花费至少200亿美元，相当于约1300亿元人民币，但对中国物理学发展的积极影响有限。此外，他们想测试的物理理论不一定是正确的，他们想找到的新粒子，比如超对称粒子，不一定存在，如果我找不到呢？如此巨大的资金需求将收紧其他项目的预算。中国仍然是一个资金不足的发展中国家。坦率地说，它是“无用的”，因此不应该建造它。支持王一方学院建设的原因是，中国从来没有超大型煤矿，粒子物理的声音一直掌握在欧美手中。目前，欧洲和美国的大型煤矿已不能满足物理学的发展，新项目由于几个原因尚未完成。目前，中国的大型电子煤矿能够通过弯道，一举占领这一高原，极大地推动了中国粒子物理学的发展。此外,据他估计,三百六十亿元人民币就足够兴建中电。现在，有了中国的国力，拿钱不是问题。2019年，中国的经济和科技发展也非常成功。在征求杨振宁先生的意见时，有人说中国的发展每天都在变化。过去不是科技落后的中国，中国经济已经成为世界第二大经济体，在科技方面，我们已经完成了探月的第一步，我们已经开始深入宇宙。我国能否开发和生产项链？自1994年以来，在大型adron collier项目获得批准后，Lynn Evans以100亿美元成为项目负责人。经过14年的研究和生产，由世界80多个国家近10000名科学家组成的大型强子对撞机已经正式完工。以上就是小编针对问题做得详细解读，希望对大家有所帮助，如果还有什么问题可以在评论区给我留言，大家可以多多和我评论，如果哪里有不对的地方，大家也可以多多和我互动交流，如果大家喜欢作者，大家也可以关注我哦，您的点赞是对我最大的帮助，谢谢大家了。。

北京正负电子对撞机是1983年列人国家重点工程的科研项目之一。中国科学院高能物理研究所会同多方力量在充分吸取世界先进技术的基础上，仅用四年时间，就出色地完成了对撞机的设计、研制、生产、安装、调试任务。1988年10月19日，中国第一座高能加速器——北京正负电子对撞机首次对撞成功。它能一次对撞成功，表明对撞机的各种设备、部件的质量、安装调试的水平在世界上也属一流。建成后的北京正负电子对撞机，是一台可以使正、负电子束，在同一储存环里沿着相反的方向加速，并在指定地点发生对头碰撞的巨型机器。正负电子的能量各为22亿至28亿电子伏。这台大型电子对撞机建筑在地下6米深的隧道内，由电子注人器、储存环、探测器及数据处理中心、同步辐射区等主要部分组成。在长达240米的储存环里，电子与质子（正电子）的速度被加快到接近于光速，并在加速过程中相互撞击，由此产生各种效应，可以为科学家探索物质基元的奥秘提供线索，可以用来研究比质子和中子更深一个层次的夸克，特别是粲粒子的相互作用和运动规律。此外，由于电子或质子做高速圆周运动时，有很强的光伴随着放出，这种同步辐射是一种理想的光源，它可广泛地用于固体物理、表面科学、生命科学、微电子学等的研究和应用。北京正负电子对撞机的建成，是我国继原子弹、氢弹爆炸成功、人造卫星上天后，在高科技领域的又一重大突破性成就，使中国成为继美国、瑞士、日本之后第四个拥有这种先进设备的国家。根据它同时具有粒子物理和同步辐射应用研究的特点，北京正负电子对撞机国家实验室对外开放，成为跨部门、跨学科共同享用的实验研究基地，为中国粒子物理和同步辐射应用研究开辟了广阔的前景，揭开了中国高能物理研究的新篇章。我国科学家在这台加速器上不断取得新的科学成果，其中有一些是国际粒子物理界都公认的取得的最重要的成果之一。这项工程被认为是中国科技史上最大的科研工程，创造了建设速度快、投资省、质量好、水平高的奇迹。为了适应世界高能物理的飞速发展对对撞机性能的更高要求，我国于2004年1月8日全面实施北京正负电子对撞机重大改造工程。科学家将采用当今世界上最先进的双环叉对撞技术“改造”对撞机，即在对撞机现有的储存环内增建一个储存环，使得正负电子分别在各自的储存环内运动，在对撞区实现对撞。正电子和负电子对撞的束团数目从单环时的1对增加到97对，连同其他技术措施，将使对撞机的重要参数之一——亮度——在目前水平上提高约100倍。改造后的北京正负电子对撞机将在世界同类型装置中继续保持领先地位，届时将成为国际上最先进的双环对撞机之一。

用磁场，让带电的正负离子加速到很高速度，然后碰撞，这种机器就是正负离子对撞机，不同于其他离子加速器的是，一般的离子加速器用离子轰击靶，通常的靶是静止的，而这种对撞机是相互碰撞，这样可以获得成倍的相对速度，以便与研究更微观的离子。原子核里面的质子都带正电，而他们却能够聚集在那么小的空间内，这是因为它们之间有“强作用力”这种作用力比起电子与原子核间的电磁力（弱作用力）要强很多，破坏依赖电磁力的离子件事化合物分解尚且需要加热到高温，可想，要克服核内的强作用力，是原子核破碎需要多大的能量？加速器就是为了产生巨大的能量，让离子以高速撞击，来是原子核里面的更微观的离子跑出来，供人们研究。

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。

高能加速器研究机构（High Energy Aelerator Research Organization，简称 KEK）原为隶属于日本文部省的国家实验室，于2004年法人化后，隶属于日本大学共同利用机关法人，为高能物理学与加速器科学的综合研究机构。KEK最早是在1997年4月1日，由原来的高能物理研究所，与东京大学原子核研究所，以及东京大学理学院所附属的介子科学研究中心改组而成的，成为一所综合研究所大学（综合研究大学院大学）。 简称为KEK，是沿用原来的高能物理研究所的略称。 基本介绍 中文名 ：高能加速器研究机构 外文名 ：High Energy Aelerator Research Organization 简称 ：KEK 简介,组织架构,科学装置,发展态势, 简介 日本高能物理研究所KEK（National Laboratory for High Energy Physics）成立于1971年，是隶属日本文部省的国家实验室，从事高能物理、核物理和加速器技术研究。12 GeV的质子同步加速器是KEK的第一个大型设施，自1976年启用后发挥了重要作用。 1997年4月1日，文部省将KEK与东京大学原子核科学研究所INS（Institute for Nuclear Study）、东京大学理学院附属的介子科学实验室MSL(Muon Science Laboratory）合并，成立了高能加速器研究机构（High Energy Aelerator Research Organization），英文缩写仍沿用KEK。其定位是：发展粒子加速器，并且利用它们，开展粒子物理、核物理和材料功能和结构的研究。进行这一重组的目的是有效利用三个研究所的资源，促进不同领域研究者的紧密合作；增强国际竞争地位。KEK重组后分别成立了粒子物理与核物理研究所以及材料科学研究所。材料科学研究所的科学目标是：利用各种先进的束流，如同步辐射光、中子、介子开展多学科的研究，包括物理学、化学、生物学、医学和农业科学，特别是材料科学的前沿领域。支撑这些研究的大科学装置有同步辐射装置-光子工厂（PF）、脉冲散裂中子装置（KENS）和强介子束装置等。 身为原高能物理研究所教授、基本粒子原子核研究所所长、历任高能加速器研究机构理事、高能加速器研究机名誉教授(2009年1月为特别荣誉教授)的小林诚，在该机构的贝尔实验数据的支持下，得到2008年的诺贝尔物理学奖。 组织架构 由以下四大单位所组成： 基本粒子原子核研究所物质结构科学研究所加速器研究设施：KEK研究活动的根基共通基础研究设施：研究活动的辅助设施 科学装置 质子同步加速器PS 1976年开始运行 质子同步加速器PS（Proton Synchrotron）能量为12 GeV，1976年建成。1977年5 月，利用给泡室提供快引出束流和内部靶给计数器实验提供束流。1978年4 月，利用从质子加速器慢引出的束流开展计数器实验。1992年4月，氘束流被PS加速，成功地用于物理实验。1992年10月，超导谱仪建成开始物理实验。1995年，a束流被PS加速，成功地用于物理实验。1999年3月，开始K2K长基线中微子实验。2006年停止运行，之后实验转移至位于该茨城县东海村的J-PARC（2008启用）中心进行。 脉冲散裂中子装置KENS 1980年开始运行 KEK的散裂中子源KENS 1980年开始向国内外科学家开放，它作为日本的中子科学研究中心发挥了重要的作用，每年提交的实验课题申请超过100份，在生物、化学、凝聚态物理、核物理等领域取得了丰硕的研究成果。 光子工厂PF 1983年开始运行 光子工厂PF（Photon Factory）是日本的第一个大型专用同步辐射装置，储存环周长187米，能量为2.5 GeV，1983年建成。有21条光束线对外开放，包括从插入件引出的6条光束线和弯转磁铁引出的15条光束线。PF可为物理、化学、生物学和医学科学领域里的科学家提供高亮度的X射线和紫外线光。 为获得更低的束流发射度，PF储存环于1997年进行了大规模的改造，束流的发射度从130降到36 nm*rad，可提供亮度更高的同步辐射光。 可转移对撞型储存环加速器TRISTAN 1986年开始运行 1986年建成的可转移对撞型储存环加速器TRISTAN（Transposable Ring Intersecting Storage Aelerator in Nippon）耗资870亿日元，费时5年。其主要目标之一在于寻找顶夸克，但顶夸克的质量远大于原先理论学家的预期，超过此加速器的原始设计，科学目标无法实现，最后顶夸克在美国费米实验室的加速器中发现。1984年TRISTAN建造成功，1995年停止运行。 非对称正负电子对撞机KEKB（B介子工厂）1998年开始运行 非对称正负电子对撞机KEKB 为周长3公里的圆形对撞加速器。由8 GeV能量的电子与3.5GeV能量的正电子对撞，产生大量的B介子和反B介子，因此也称为B介子工厂。KEKB 沿用了TRISTAN的地下隧道，耗资380亿日元进行偏转聚焦磁铁、束流管与超导高频加速空腔(Cavity)的升级改装工作，1998年开始运行。 KEKB每年产生约1亿个B介子u30fb反B介子衰变的事例，由位于对撞点的Belle探测器来进行分析。Belle实验组由13个国家、53个研究单位、约300位研究人员组成，进行CP破坏（粒子与反粒子性质的不同）的研究，对于目前宇宙中反物质消失的一大谜团，CP破坏是相当重要的一大关键，而在B介子衰变的系统下，理论学家预期可以观察到很大的CP破坏的现象，Belle 实验受到世界瞩目。 加速器试验装置ATF 1997年开始运行 加速器试验装置ATF（Aelerator Test Facility）是KEK用于研究直线对撞机等未来加速器上所需的高稳定性、超平行电子束生成的试验装置。1997年开始运行，能量为1.28 GeV。ATF 成功地产生了平行度为以前的加速器约100倍的超平行电子束，在纳米水平上稳定地对电子束的位置进行控制的研究被称为 ATF2，它的计画、设计、建造将在10个国家、27个研究机构形成的国际联合力量下进行。 光子工厂先进环PF-AR 2002年开始运行 光子工厂先进环PF-AR（Photon Factory advanced ring）原为TRISTAN正负电子对撞机的增强器，后用作专用同步辐射光源，电子束流能量为6.5 GeV。来自直线加速器加速的部分电子注入两个储存环（PF和AR），所产生的同步光用于开展大量的实验，其研究领域涉及物理、化学、生物等多个学科。PF-AR于1999年起进行改进，包括提高环的真空度增加束流寿命；增加束流位置监视器和导向磁铁，稳定束流轨道和建造更多的波荡器束流线。2001年，改进工作完成，2002年1月8 日开始调试，PF-AR现有7条光束线。 共建质子同步加速器J-PARC 2009年开始运行 质子同步加速器J-PARC（Japan Proton Aelerator Research Complex）由KEK与日本原子能研究所JAERI（Japan Atomic Energy Research Institute）联合建造。其起因是KEK提出了一个建造强子加速器JHF（Japan Housing Finance Agency）的建议，而JAERI提出了建造高功率散裂中子源的建议。这两个建议的共同目标是获得高功率的质子束流，因此日本 *** 将这两个项目合并成一个联合项目，装置建在JAERI的东洋场址。J-PARC由400 MeV直线加速器、3GeV同步加速器和50GeV同步加速器构成。3GeV加速器具有中子源和μ介子源的物质、生命科学实验设备。50GeV同步加速器发出的质子束注入到核物理及粒子物理实验设备和中微子实验设备（利用300公里外的超级神冈作为探测器开展中微子震荡实验）。J-PARC于2001年4月开始建设，2009年1月正式启用。 发展态势 KEK近期主要的科研活动包括：在B工厂继续做出具有世界水准的物理研究工作，积极推进J-PARC散裂中子源和质子加速器的调试运行，加强光子工厂在生命科学领域的套用研究，国际直线对撞机相关技术的研发。KEK中长期的发展方向包括：将B介子工厂升级为超级B介子工厂，能量回收直线加速器的技术研发，国际直线对撞机相关的技术研发以及测试装置，将包括50GeV质子加速器、3GeV散裂中子源等在内的J-PARC综合研究设施建成世界级的轻子、中子物理研究基地。 综上所述，日本大型科研基地的形成，采用了强强联合的模式，1983年KEK建成日本第一个大型同步辐射装置PF时还没有自己的多学科研究部门。1997年与核科学研究所（INS）、东京大学介子科学实验室（MSL）合并后集中了三个研究所的资源，促进了多学科领域科学研究的紧密合作。逐步建设起来的多个大科学装置有力地支撑了多学科研究的发展，KEK成为开展高能物理研究、核科学研究和其它多学科研究的大型综合性研究基地。 2001年，KEK跨地域与日本原子能研究所JAERI联合建造大型质子同步加速器J-PARC。这次的强强联合，是日本拥有了探索宇宙形成和粒子微观物质结构的基础研究装置，J-PARC成为国际上最重要的大型质子加速器之一，其涉及的研究领域非常广泛，包括核物理、粒子物理、凝聚态物理、材料科学和结构生物学等，对提升日本在国际上的科技竞争力起到了重要的作用。 而日本原子能研究所JAERI在2005年10月又与日本核燃料循环开发机构JNC（Japan Nuclear Cycle Development Institute）合并成为日本原子能研究开发机构JEAE，成为日本最主要的大型综合核研发机构，拥有10个研究设施，每年经费预算约1610亿日元（17亿美元），仅2006年就获得了日本 *** 2004亿日元的预算拨款。JEAE的研究范围包括了研究堆、试验堆、聚变、基本粒子研究等广泛的领域，并参加了国际热核试验堆计画ITER。 值得注意的是KEK本身位于日本的筑波科学城。筑波科学城位于东京东北约60公里处（距成田国际机场40公里），占地面积2700多公顷，如加上环绕外围的技术园区共占地达258.5平方公里。筑波科学城1958年开始规划，1968年开始建设，目前已有几十个国家研究所（约占日本40%的主要科研机构）、部分私人研究所和筑波大学等在此集聚，从事科学研究的总人数已达2.2万人，国家研究机构全部预算的5O%左右投资在这里，lO多年来，已投下的巨资达两万多亿日元。筑波科学城设有宇宙研究中心，拥有最先进的质子加速器；工业试验研究中心，包括工业技术院的9个研究所；农业科研实验中心；研究人类的灵长类试验站；高空气象台等，为日本利用西方科技振兴本国经济立下了汗马功劳，现已成为日本最大的科学中心和知识中心，是日本在先进科学技术方面敢于向美国等大国挑战的重要支柱，其发展前景不可低估。

　　闻首页 >科技 > 大众科技 > 正文　　新华网北京1月8日电（记者李斌）正负电子对撞机是一种先进的加速器，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。它将正电子和负电子储存在环形的高真空管道内，使正负电子以接近光速的速度沿相反方向运动，在指定的对撞点对撞，发生对撞物理反应。　　1984年10月，北京正负电子对撞机动工兴建。1988年10月，北京正负电子对撞机按期建成，成为我国继原子弹、氢弹爆炸成功、人造卫星上天之后，在高科技领域取得的又一重大突破性成就。　　北京正负电子对撞机由注入器、输运线、储存环、北京谱仪和同步辐射装置等组成，自1990年运行以来，性能良好，已积累了大量数据, 取得了许多重要物理成果。　　北京正负电子对撞机“一机两用”，它的北京同步辐射装置是目前国内唯一的X射线同步辐射光源，是我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。每年有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300多个实验，取得了许多重要成果。例如，在我国的第一条生物大分子光束线站上，首次获得了SARS病毒蛋白酶大分子结构。（完

正负电子对撞机是一个使正负电子产生对撞的设备，它将各种粒子(如质子、电子等)加速到极高的能量，然后使粒子轰击一固定靶。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，发现新粒子、新现象。用加速器的粒子轰击静止的靶，就像在一起交通事故中的一辆汽车撞到一辆停在路边的汽车上，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，碰撞的威力就不够大。如果使两辆相向开行的高速汽车对头相撞，碰撞的威力就大许多倍。基于这种想法，科学家们在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。 具体见百度百科 http://baike.baidu.com/view/188626.html?tp=0_11

从古至今，人类就一直对未知的事物充满好奇。在微观世界中，人类已知的物质结构包括分子、原子、原子核、质子、夸克，那是否还会有更小的单元呢？近百年来，人们一直在探究着物质微观世界的最小构成单元。科学家发现，如果想探索物质的微观结构，就要先把它打碎，而“打碎”这些物质结构的工具，就是加速器。正负电子对撞机，是一个产生、加速、储存正负电子并使其对撞的大型加速器，它将正负电子加速到光速，使正负电子在对撞点对撞并产生次级粒子，这些次级粒子成为高能物理研究的对象。高能物理研究所是目前世界六大高能物理实验研究中心之一，位于北京玉泉路科教园区的大科学装置——北京正负电子对撞机，是我国第一台高能加速器，它属于高能物理研究领域的重大科技基础设施。然而，北京正负电子对撞机的建造却是一波三折。1972年8月，以张文裕同志为首的18位科技工作者向周恩来总理写信，在信中迫切希望能够发展中国自己的高能物理研究。同年9月11日，周恩来给他们回信，表示“这件事不能再延迟了。科学院必须把基础科学和理论研究抓起来，同时又要把理论研究与科学实验结合起来。高能物理研究和高能加速器的预制研究、应该成为科学院要抓的主要项目之一。”1973年2月，中国科学院高能物理研究所正式成立。1984年10月7日，北京正负电子对撞机正式破土动工，耗资2.4亿元。这对于当时刚刚起步的中国还是相当的困难，但为发展我国自己的科学装置，我国毅然选择冲破万难继续动工。而正是北京正负电子对撞机的建设成功，才使得我国在国际高能物理研究领域，抢占了一席之地。北京正负电子对撞机位于中国科学院高能物理研究所地下，其外形类似于一个羽毛球拍，主要由注入器、储存环、北京谱仪和北京同步辐射装置四大部分组成。这个巨大“羽毛球拍”的球拍把位置就是长202米的直线加速器，球拍框即是周长240米的环形加速器，即储存环，北京谱仪位于球拍的顶端，高6米，重500吨，而同步辐射装置，则位于储存环的周围。那么这样一个巨大的装置，又是如何打碎粒子的呢？正负电子对撞机的工作原理就像两辆车在不同的轨道相向行驶，不停的加速，当速度达到接近光速时，调整轨道，使得其在指定位置对撞，就会产生大量的碎片，而这些碎片，就是物理学家们所要研究的次级粒子。在北京正负电子对撞机直线加速器的前端，有一台热阴极电子枪，首先，电子枪产生电子束，并将它注入加速管中进行加速，当电子束被加速到240兆电子伏时，它将轰击一个约1厘米厚的钨转换靶，就会在靶后得到正负电子对，再将正电子聚集，收集起来加速，就得到高能量的正电子束，当需要负电子时，就把这个钨转换靶提起来，电子束流就会被加速到与正电子相同的能量。之后，正负电子束通过输运线进入储存环中。储存环分为正电子环和负电子环，平行放置，每个环内都有一个超导高频腔向束流补充因同步辐射损失的能量，使正负电子保持在稳定的轨道上运动。当正负电子束流积累到足够高的流强时，就让正负电子束流开始对撞。两团粒子都是以光速沿着相反的方向运动，这个精确的程度是要到十的负十二次方秒这样的精度，这样你才能够保证它在你希望的位置上去碰撞。而对撞发生的那一刻，北京谱仪就会开始工作，它就像是北京正负电子对撞机的“眼睛”，开始捕获对撞产生的次级带电粒子和中性粒子的信息。而物理学家们的工作，就是从实验产生的海量数据中分析出次级粒子的空间位置、动量、能量等特性参数。自1988年以来，正负电子对撞机就这样对撞，打碎，对撞，打碎，这个重复的过程打开了一段新的未知旅程。北京正负电子对撞机在陶-粲能区取得许多重大物理成果，为我国的高能物理领域研究做出了巨大贡献，1988年，北京正负电子对撞机建设成功，人民日报曾这样评价：北京正负电子对撞机是我国继原子弹、氢弹爆炸成功，人造卫星上天后，在高科技领域取得的又一重大突破性成就。2013年的时候，我们找到了由四个夸克组成的，这个成果被美国的物理学会，评委了2013的世界上最重要的物理成果之一。北京正负电子对撞机在今后若干年内将会继续取数运行，并保持我国在陶粲物理实验的领先地位。”相信我国未来在高能物理领域将继续保持世界领先水平。本作品为“科普中国-科技创新里程碑”原创 转载时务请注明出处。

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。

北京正负电子对撞机（BEPC）是在邓小平同志和周恩来总理的亲切关怀下建设的国家大科学装置。总投资为2.4亿元，由中科院高能物理所负责建造。1972年8月，张文裕等18位科技工作者给周恩来总理写信，反映对发展中国高能物理研究的意见和希望。1972年9月11日，周恩来总理对关于建设中国高能加速器实验基地报告的复信中指示：“这件事不能再延迟了。科学院必须把基础科学和理论研究抓起来，同时又要把理论研究与科学实验结合起来。高能物理研究和高能加速器的预制研究、应该成为科学院要抓的主要项目之一。”1973年2月，中国科学院高能物理研究所正式成立。1975年3月，国家计委向国务院提出了《关于高能加速器预制研究和建造问题的报告》（七五三工程）。刚刚复出主持中央工作的小平同志同意了这个报告，并转送周总理批示。1977年，邓小平同志在国家科委、国家计委《关于加快建设高能物理实验中心的请示报告》（八七工程）上批示：“拟同意”。1981年1月，国家计委决定停止十三陵“高能物理实验中心”的筹建工作（即八七工程），对玉泉路高能加速器预制工程提出调整方案。1981年1月10日，小平同志对聂华桐等14位科学家的信做了批示：“请方毅同志召集一个专家会议进行论证”，讨论高能加速器的建造方案。1981年9月22日-25日，中科院数理学部在北京召开“2.2GeV正负电子对撞机预制研究方案论证会”。会议对高能所提出的注入器、储存环和探测器的预制研究项目进行了讨论，决定开展对撞机工程预制研究。1981年5月，高能所在征求国内外专家意见的基础上提出了建造2×22亿电子伏正负电子对撞机的方案，在由国家科委和中国科学院召开的专家论证会上得到原则通过。1981年12日22日，邓小平同志在中 国科学院关于建造2.2GeV正负电子对撞机建议报告上批示：“这项工程进行到这个程度不宜中断，他们所提方案比较切实可行，我赞成加以批准，不再犹虑。”1982年1月21日，高能所向中科院报送《玉泉路工程调整计划任务书》，计划建造一台2×22亿电子伏正负电子对撞机。1982年，高能所完成预制研究方案的初步设计，试制关键部件样机。1982年6月19日，高能所派出21名科技人员组成的考察组到美国斯坦福直线加速器中心进行设计考察，完成了对撞机工程初步设计第三稿，基本确定加速器的主要参数。1983年4月25日，国务院批准国家计委《关于审批2×22亿电子伏正负电子对撞机建设计划的请示报告》。同意新建一台能量为2×22亿电子伏正负电子对撞机，工程正式立项。1983年，开始进行重点非标部件的预制研究。1983年12月15日，中央书记处第103次会议决定将北京正负电子对撞机（BEPC）工程列入国家重点工程建设项目，并成立由中国科学院、国家计委、国家经委、北京市的谷羽、林宗棠、张寿、张百发组成工程领导小组，谷羽任组长（1986年，周光召院长接任工程领导小组组长）。工程领导小组办公室设在中国科学院。14个部委组成了工程非标准设备协调小组，组织全国上百个科研单位、工厂、高等院校大力协同攻关，土建工程由北京市负责全力保证。1984年6月25日-7月4日，BEPC扩初设计审查会在京召开。会议通过了技术审查小组对工程的审查报告，并建议国家有关部门批准这项工程的扩初设计。1984年8月15日，小平同志在对撞机工程领导小组报送中央的简报上批示“我们的加速器必须保证如期甚至提前完成”。1984年9月，国务院批准了国家计委”关于审批北京正负电子对撞机（即8312工程）建设任务和规模的报告”（国家计委科[1984]1899号），明确了一机二用”的方针，增加了同步辐射实验区的建设。批准总投资为2亿4千万元（含引进用汇2500万美元），总建筑面积为54700平方米。工程建设实行经理负责制的投资包干责任制。1984年10月7日，BEPC破土动工。邓小平同志与党和国家领导来到高能所参加奠基典礼，为奠基石铲了第一锨土，并亲切接见了参加工程建设的科技人员和职工代表。邓小平同志为基石题写了“中国科学院高能物理研究所北京正负电子对撞机国家实验室”的题词。他说：“我相信这件事不会错”。1985年至1987年6月，BEPC主要部件批量生产，八大非标设备陆续验收。1986年5月6日，BEPC工程总体安装正式开始。谷羽、林宗棠、岳致中等领导及300多位代表出席安装开工典礼。1986年6月，BEPC注入器第一批部件进入隧道完成安装。1987年6月，BEPC储存环和北京谱仪开始全面安装、调试。1987年12月，BEPC注入器总调成功，电子束流注入到储存环，并观测到了同步辐射。电子束能量为1.17GeV，脉冲流强140mA。1988年7月，正电子注入储存环并积累。1988年10月16日，BEPC首次实现正负电子对撞，亮度达到8×1027/㎝2.s。完成了小平同志提出的“我们的加速器必须保证如期甚至提前完成”的目标。1988年10月20日，《人民日报》报道这一成就，称“这是我国继原子弹、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”，“它的建成和对撞成功，为我国粒子物理和同步辐射应用开辟了广阔的前景，揭开了我国高能物理研究的新篇章”。1988年10月24日，邓小平等党和国家领导人视察北京正负电子对撞机工程，表示祝贺，并慰问参加工程建设的代表。邓小平同志发表了“中国必须在高科技领域占有一席之地”的重要讲话。1988年12月，BEPC对撞峰值亮度达到设计指标。1989年4月，北京谱仪推至对撞点上安装就位，开始总体检验，用已获得的巴巴事例进行刻度。1989年5月，北京谱仪投入试运行。1989年7月5日，北京正负电子对撞机和北京谱仪通过技术鉴定。1989年9月，北京谱仪（BES）开始物理工作。1989年8月15日，BEPC辐射防护和剂量监测系统通过技术鉴定。1989年12月8日，北京同步辐射装置（BSRF）三个前端区、一块扭摆磁铁、三条光束线、两个实验站通过国家技术鉴定开始投入运行。鉴定委员会由29位专家组成。1990年7月10日，对BEPC工程总体、土建工程、建安工程、器材设备、财务、档案等进行国家预验收。1990年7月21日，北京正负电子对撞机通过国家验收。1991年，同步辐射装置从调试转入试运行，并首次向国内用户开放。1991年，高能所计算中心网络与美国SLAC实验室及国家能源超级计算中心（NERSC）连接。1991年8月13日，北京正负电子对撞机国家实验室成立，方守贤任主任，丁大钊、郑志鹏任副主任，何祚庥院士为学术委员会主任。1992年4月22日，北京谱仪合作组在美国物理学会上报告了τ粒子质量测量结果，获得国际知名科学家的好评。τ轻子质量mτ精确测量是验证标准模型理论中轻子普适性的一个重要实验。1991年11月7日--1992年1月20日，北京谱仪合作组进行了τ轻子质量测量的数据获取工作，所获结果：Mt=1776.9±0.4±0.2MeV，与国际1990年版数据表PDG给出的世均值相比，比原实验数据降低了7.2MeV，纠正了过去约 7MeV偏离，精度提高了8倍，被誉为1992年最重要的物理成果之一。1993年1月7日，“τ轻子质量的精确测定结果”被评为1992年度全国十大科技成就之一。1993年3月，高能所计算中心建成64K BPS高速网络，并与世界各高能物理实验中心相连，用于通讯和数据传输。同时，还为国内60余个研究单位和大学提供电子邮件和信息检索服务。1993年5月，中科院批准《北京正负电子对撞机改进项目可行性研究报告》、《北京谱仪改进项目可行性研究报告》。1994年5月，高能所计算机网络正式加入Internet和WWW。1995年4月，国家拨专款开展τ-C工厂可行性研究。1995年，“τ轻子质量的精确测定结果”获国家自然科学二等奖。1995-1998年，北京谱仪进行了升级改造（BESII）。1998年，“J/ψ粒子共振参数的精确测量”获中国科学院自然科学二等奖。1999年2月7日，BEPC/BES/BSRF改进项目通过鉴定。BEPC综合性能大幅度提高，实现了稳定高效运行，年运行时间达到九个半月以上，故障率仅为6%左右，在束流能量1.89GeV时亮度达到1031cm-2s-1，日平均事例数提高了3-4倍，达到了国际同类加速器的先进水平。1999年6月28日，国务院科教领导小组决定增加对BEPC运行改进与未来发展R&D的经费。1999年8月3日，BEPC/BES/BSRF通过改进验收。1993年6月，开始实施BSRF的技术改造和新建多周期永磁插入件3W1与相应的光束线。1996年3月，BSRF的3W1永磁插入件通过技术鉴定。1997年7月，高能所向中科院上报“北京正负电子对撞机下一步发展预制研究项目建议书”，提出对BEPC进行重大改造的单环麻花轨道的改造方案。1997年，“北京谱仪Ds物理的研究”获中科院自然科学奖一等奖。1999年6月，中科院向国家科教领导小组第五次会议提交了“中国高能物理发展战略”，汇报了中国高能物理发展目标和中长期发展规划和BEPCII方案。国家科教领导小组安排了设备的改进和，并决定增加BEPC年度运行经费。1999年，北京谱仪在2-5GeV能区的R值精确测量取得重要成果，得到国际高能物理界的高度评价。5GeV以下的R值是标准模型计算不确定性的重要部分，北京谱仪国际合作组充分把握了国际高能物理发展的最新动态，选定了这一在理论上有全局性重大意义、在实验上极富挑战性的课题，精心设计了全能区的实验方案。此项实验对加速器和探测器的性能及运行水平，对实验技术和数据分析方法以及理论模型等都是严峻的挑战。经过可行性研究，国际合作组把测量能区定为2-5GeV，精度目标定在7%左右，该指标对北京正负电子对撞机运行能量和北京谱仪测量精度的要求已经接近极限。为了完成R值精确测量实验，北京正负电子对撞机发挥了运行以来的最高水平，在如此宽的能量范围内长时间保持了长束流寿命和高亮度的稳定运行，这在国际高能物理实验研究中也属领先水平。北京谱仪在2-5GeV能区的近百个能量点上进行能量扫描测量，并在数据分析中，发展和应用了多项创新方法和理论模型，使测量的系统误差大大降低，平均测量精度达到6.6%，比国际上原有的实验结果提高了2-3倍。北京正负电子对撞机的未来发展2000年5月22-24日，“中国高能物理发展战略研讨会”在高能所召开。80余名中外高能物理、加速器技术、高能天体物理等领域的研究人员参加了大会。会议就BEPCⅡ的物理目标、加速器技术及非加速器物理实验等方面的内容进行了研讨。会后，高能所继续组织精干力量对BEPCⅡ方案进行深入研究，包括对其物理目标，加速器和探测器改进方案进行具体论证，争取尽早确定加速器改进的基本方案，在适当的时机召开国际评审会对方案进行评审，早日立项。2000年7月27日，国务院科教领导小组第七次会议审议并原则通过《关于中国高能物理和先进加速器发展目标的汇报》，同意在北京正负电子对撞机取得成功的基础上，投入4亿元对该装置进行重大改造。2000年，“φ（2s）粒子及粲夸克偶素物理的实验研究”获中科院自然科学一等奖。此项研究应用北京谱仪采集的380万ψ（2S）数据样本，完成了包括hc(1S）、J/ψ (1S）、ψ (2S）、χc0(1P）、χc1(1P）和χc2(1P)6个粲偶素粒子在内的质量、总宽度、部分宽度以及衰变分支比等50余项重要参数的测量，还进行了hc(2S）及hc(1P）等粒子的寻找。其中21项分支比数据属国际上首次测量，相当一部分数据具有当前国际最高精度。同时还指出了粒子数据表中涉及数据处理及数据引用的多处重要错误，建议和订正了15项ψ（2S）衰变数据。以上结果使国际粲夸克偶素物理领域的数据面貌得到了明显改观。2001年3月31日午夜，从北京谱仪（BES）控制室传来振奋人心的捷报：从2000年11月初开始的本轮对撞机运行所获取的在线J/ψ强子事例达到了2500万，相当于离线分析强子事例2700万以上。加上2000年获取的2400万，已提前实现了我们向国家科教领导小组承诺的两年获取5000万J/ψ事例的计划。这样，BES拥有的J/ψ事例比世界上同能区对撞机上得到J/ψ总数的4倍还要多。2001年9月3-7日，高能所承办的代表世界高能物理和核物理计算最高学术水平的国际高能物理计算会议（CHEP2001）在京召开。2001年，“J/ψ衰变物理的实验研究 ”获中科院自然科学二等奖。2002年1月15日，“中国粲夸克偶素物理实验研究获重大进展”被评为2001年中国基础研究十大新闻之一。2002年2月，“φ（2s）粒子及粲夸克偶素物理的实验研究”获2001年度国家自然科学奖二等奖。2002年，国际粒子数据手册（PDG）将多年不变的R值图作了重大改动，增加了BES的全部结果，国际粒子物理数据库收录了全部R值数据。2003年7月，北京谱仪国际合作组宣布在质子反质子阈能处发现一个可能的新共振态，再次引起国际、国内高能物理界的广泛关注。该项研究成果的论文于2003年7月在世界最具权威和最有影响的物理学期刊《物理学评论快报》（Phys. Rev. Lett.）上发表。所谓共振态，是一种寿命极短的、不稳定的粒子，它具有和稳定的强子类似的量子数，但是它可以通过强相互作用衰变，其寿命一般短到10-20s～10-24s。很难在探测器中留下径迹而直接被探测到，只能通过其衰变产物来观测。2003年11月8日，经过4年的努力，总投资5000多万元的BSRF改造圆满完成。新建的两个插入件，以及新建和改建的光束线和实验站都已投入运行，除一个子项目外，均已通过专家验收，BSRF的综合性能全面大幅度提高。2003年，2-5GeV能区正负电子对撞强子反应截面的精确测量研究集体获中国科学院2003年度杰出科技成就奖，北京市科学技术一等奖。

正负电子在对撞机里相向高速回旋、对撞，探测对撞产生的“碎片”——次级粒子并加以研究，就能了解物质微观结构的许多奥秘。虽然我们还不能预言这些研究结果将会有什么样的实际应用，但可以相信，微观奥秘的揭示一定会对人类的生活产生深远的影响，就象电磁波的发现已成为信息时代的先导、对原子核的研究导致了核能的广泛应用那样。而利用电子在对撞机里偏转时发生的一种光辐射——同步辐射，又可以把对分子和原子的研究，由静态的和结构性的开拓到动态的和功能性的。北京正负电子对撞机的外型，象一只硕大的羽毛球拍。圆形的球拍是周长240米的储存环，球拍的把柄就是全长202米的行波直线加速器。由电子枪产生的电子，和电子打靶产生的正电子，在加速器里加速到15亿电子伏特，输入到储存环。正负电子在储存环里，可以22亿电子伏即接近光的速度相向运动、回旋、加速，并以每秒125万次不间断地进行对撞。而每秒有价值的对撞只有几次。有着数万个数据通道的北京谱仪，犹如几万只眼睛，实时观测对撞产生的次级粒子，所有数据自行传输到计算机中。科学家通过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。1988年10月竣工的北京正负电子对撞机，是国际科技合作的结晶。我国科学家以务实、创新的精神，积极与世界各大高能物理实验室合作，并引进了大功率速调管、快电子学等国际先进技术，使其成为该工作能区国际领先的对撞机。1989年对撞机投入高能物理实验，建立了以中国科学家为主导的北京谱仪合作组，美国十多所大学和研究所的科学家参加合作研究，在τ-粲物理领域做出了国际一流的成果，例如中美科学家1991年在北京谱仪上合作完成的τ轻子质量的精确测定，被李政道教授誉为当年“高能物理界最重要的发现”。对撞机又作为同步辐射装置，在凝聚态物理、材料科学、地球科学、化学化工、环境科学、生物医学、微电子技术、微机械技术和考古等应用研究领域取得了一大批骄人的成果。利用同步辐射光对高温超导材料进行的深入研究；对世界上最大尺寸的碳60晶体以及在0.1-0.3微米X射线光刻技术的研究均取得重要突破；在微机械技术方面，制成了直径仅4毫米超微电机，这种电机将能在医疗、生物和科研等方面有独特的用途。研究未有穷期。为探索物质奥秘并造福人类，我国科学家将在不断认识微观世界的跋涉中继续奋进。

经过十几年的建造，欧洲核子研究中心大型强子对撞机于10日在靠近法国和瑞士边境的地下实验室正式启动，并成功实现了第一束质子束流贯穿整个对撞机。 当地时间10日9时38分(北京时间10日15时38分)，第一束质子束流被注入安装在地下100米深处27公里长环形隧道内的大型强子对撞机。随后，欧洲核子研究中心主任罗贝尔·艾马和大型强子对撞机项目主任林恩·埃万斯宣布，大型强子对撞机正式启动。 第一束质子束流注入对撞机后，须逐段调整并走通对撞机的全部8段。当地时间10时25分左右，科研人员宣布第一束质子束流贯穿了整个大型强子对撞机。 在第一束质子束流实现贯穿后，经过数小时至数十小时调试，第二束质子束流将被反方向注入对撞机。再经过一段时间极其复杂精密的调试，才能开始实现两束质子束流的对撞。 质子束流粗细如一根头发 当地时间10日上午9时38分，随着一束质子束流注入对撞机，实验正式启动。负责实验的欧洲核子研究中心发言人葆拉·凯特帕诺说：“质子束流粗细如同一根头发。” 这台对撞机是世界最大的粒子加速器，建于瑞士和法国边境地区地下100米深处的环形隧道中。 5秒钟后，实验项目位于日内瓦的控制室内电脑收到信号，显示实验进展顺利。 开足马力的对撞机能够确保数万亿粒子以高速流过将近27公里长的地下隧道，最高速度将近每秒钟30万公里，相当于光速的99.99%。以如此高速，质子束流每秒可在隧道内狂飙11245圈，单束能量达到7万亿电子伏特。 不过，10日实验注入对撞机的质子束流运动速度相对较慢，每隔几公里为一段，在隧道中移动。这是为了检测所有设备是否运行正常，包括安装在隧道壁上为数不少的粒子探测器。 实验启动近一个小时后，两个白点在控制室的电脑屏幕上闪烁，显示质子束流已经沿隧道环绕一周。在场科学家欢呼鼓掌，庆祝第一束质子束流成功完成顺时针方向“首航”。 这以后，科学家将多次重复粒子加速测试，不断提高束流速度，尝试从顺时针和逆时针两个方向反复实验。 “真正的好结果是，另一束流从另一个方向过来，”欧洲核子研究中心首席发言人詹姆斯·吉利斯说：“只有当两个方向各有一支束流过来，你才知道确实没有阻碍，是开始工作的时候了。” 最快今年底实现高速对撞 一切就绪之后，科学家才会着手准备粒子高速对撞实验，继而再现宇宙大爆炸发生后万亿分之一秒内的情形。 着手粒子高速对撞实验之前，科学家会尝试从两个方向同时发射质子束流，以较低强度进行粒子对撞。 装置于隧道内的超导磁铁负责为发射自两端的质子束流“掌舵”，确保它们能够在隧道内密布粒子探测器的4个压缩室内相遇。“这就好像彼此瞄准的机关枪射出子弹，”物理学家丹尼尔·丹内格瑞解释说：“一些子弹会擦身而过，一些子弹会撞击在一起。” 现阶段尚未确定进行粒子高速对撞实验的日期。吉利斯说，实验初始阶段将以较低速度、较小规模进行粒子对撞。“我们在能量较低时积累经验，熟悉机器性能后再进行对撞。” 据估计，粒子高速对撞实验最早有望在今年年底进行，最晚则可能在一年以后。届时，运行方向相反的两束高速质子束流将在隧道内对撞，碰撞点将释放巨大热量和能量，与宇宙大爆炸发生时的情况相仿，只是规模较小。 对撞机实验持续10到15年 如果最后实验成功，科学家将分析撞击中产生的数百万粒子，求证希格斯玻色子的存在。 一旦粒子高速对撞成功，科学家将借助粒子检测器，在电脑显示器上观察撞击后的粒子如何聚拢在一起、各自散开或就此消融。 上述条件下，科学家们有望发现希格斯玻色子是否存在。在粒子物理学标准模型预言的62种基本粒子中，只有希格斯玻色子迄今仍未“显形”，因此有“上帝粒子”之称。 这种粒子44年前由英国物理学家彼得·希格斯猜想提出，据信是物质质量之源以及电子和夸克等形成质量的基础。希格斯提出，其他粒子在希格斯玻色子构成的“海洋”中游弋，受它的作用产生惯性，最终有了质量。如果没有质量，宇宙大爆炸后产生的物质无法形成星云和行星，生命起源更无从谈起。 大型强子对撞机在今后10到15年内将持续进行实验，由此产生的大量粒子数据将交由全球各大学和研究机构的实验室分析。 参考资料： http://tech.sina.com.cn/d/2008-09-11/14532451917.shtml

无中生有在经典的物理学中认为是不可能的，能量与物质的守恒也被认为是物质世界发展的铁律。但是，在微观领域中，许多量子效应会推翻这些铁律，使得局部产生非常奇怪（其实一点也不奇怪，只不过难以接受）的现象。按照量子力学的正统解释（哥本哈根学派的解释），由能量和时间的不确定性关系会产生这样一副图景：在非常短的一瞬间内，就算是真空也会有很大的能量涨落，这些能量通过各种粒子表现出来（现在有的理论说我们的宇宙就是这么产生的）。这些粒子有各种不同的性质，但一般寿命都非常短，因为在长时间内还必须保证能量守恒。所以在量子力学中，能量物质守恒是比较长一段时间内的守恒。实际上“比较长一段时间”也是非常短的，至少数量级要和普朗克常数相差不多时这种能量涨落现象才会比较明显。研究粒子产生与湮灭的学科是量子场论（QFT），其中各种不同的粒子已经按其各自性质归纳在一个标准模型（SM）里。2013年的诺贝尔物理学奖，对希格斯波色子的预测就是这方面的成果。

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

据说著名物理学家杨振宁又发表了一段新的谈话，谈话的主旨仍然是对我国计划建造大型环形正负电子对撞机（CEPC）持反对的观点，由此又一次使得网络上充斥着中国要不要建CEPC的争论。说实在话，建与不建，绝非我等小民能左右，国家高层自然会从中国科学发展的战略层面来考虑。但是，无论你是支持者还是反对者，撇开建造CEPC所需的巨额资金不谈，你知道大型对撞机是什么吗？它是怎么撞的？它撞的是什么？它又能撞出什么来？只有搞清楚了这些问题，再去支持或反对，说话才有底气，我个人是这样认为的。下面就来简单说说。一、什么是大型对撞机？俗话说“耳听为虚，眼见为实”，人类习惯于相信自己眼睛真实看到的东西。在400年前，世界上没人会相信宇宙中的所有物质是由原子构成的，从300多年前开始，人们逐步提出了分子论、原子论，出现了元素周期表，然后到上个世纪才发现了原子核、质子、中子和夸克，从宏观到微观的每一个层次的认识，实际上都促进了人类社会科学技术的发展。斯坦福直线加速器鸟瞰但是，一旦到了微观层面，裸眼就看不到了，就用普通显微镜，普通显微镜看不到就用电子显微镜，如果再小呢？如果要探究物质的核心呢？这就到了量子力学的领域，量子力学告诉我们，粒子具有波的特性，而波函数描述了在任何给定位置找到某个粒子的概率。此外，量子力学还告诉我们，波长越短，需要的能量就越高（E=hv），所以要想探测物质的基本核心，就需要有能够把粒子加速到极高能标的探测器，即粒子加速器，然后将粒子发射出去产生碰撞，用以发现更小的结构。斯坦福直线加速器隧道粒子加速器其实只是大型对撞机的一个组成部分，撞完了还需要用探测器来“看”，利用探测器上的谱仪接收到的特殊信号来“看”粒子的内部结构，实际上它是一个数据分析的过程。所谓大型对撞机，指的是它能达到的最高能量指标，目前世界上能够称得上“大型”的没几个，一般能标都在90GeV（吉电子伏特）以上，例如：费米实验室的Tevatron对撞机斯坦福直线加速器SLC（1989年），直线加速器，长度3.2千米，能标100GeV；费米实验室的Tevatron（1983年），环形加速器，长度6.3千米，能标1960GeV；欧洲核子研究中心的大型正负电子对撞机（LEP1代/LEP2代，1989年-2000年），环形加速器，长度26.6千米，能标90~209GeV；欧洲核子研究中心的大型强子对撞机LHC（2008年），环形加速器，长度26.6千米，能标7000~14000GeV。当然，高能标也就意味着加速器和对撞机整体的体积巨大，这也是“大型”的另一个意思。北京正负电子对撞机二、对撞机是怎么“撞”的？过去的对撞方式与现在的对撞方式不同，发现原子核、质子、中子和夸克的对撞实验都被称为“固定靶实验”，即被加速的电子束被直接发射到固定物质的目标靶上，目标靶很容易被击中，但能标不高。现在高能标的大型对撞机则不同，它是两个粒子束的对撞，即将两个粒子束都加速到接近光速，将它们高度集中在一个极小的区域内，以保证让它们迎头对撞，这种对撞的优势就是可以达到非常高的能标，能发现更重的新粒子。LHC内景三、对撞机用什么“撞”？在固定靶与粒子束-粒子束对撞之间存在巨大的差别，同样的，选择用什么“撞”，之间也存在巨大的差别，可以说，它决定了一台对撞机的类型、最高能标、发光度等等主要性能。科学家们喜欢直截了当，使用在地球上能够轻而易举获得的稳定粒子无疑是最好的选择，而质子和电子都大量存在，而且可以很便捷地得到。选择电子的好处是它是最基本的粒子，没有更小的结构，在固定靶实验中可以完全地碰撞，由于它的不可分割性，可以非常精确地知道在它与其他物体碰撞过程中所发生的事情。LHC加速器隧道但也因为它的不可分割性，选择电子-电子碰撞显然撞不出什么新东西来，但是对于质子而言就不同了。我们知道，质子是由被强核力束缚在一起的3个夸克构成的（又称为强子），而且质子比电子更重，质子的质量比电子的质量大了约2000倍，质子-质子对撞有助于将质子加速到极高的能标获得巨大的能量，以搞清胶子及夸克的不同种类不同特性，另外还可能产生一些科学家感兴趣的其他重粒子。此外，科学家们还发现粒子与反粒子对撞具有更多优势，加速过程也更简单，因为磁场可以把粒子和反粒子导向两个不同的方向，粒子与反粒子电荷相反质量相同，碰撞即湮灭，这个过程有可能产生新的粒子-反粒子对。所以科学家们又将电子-正电子对撞、质子-反质子对撞作为新的途径。在上面列举的大型对撞机项目中，斯坦福直线加速器SLC是正负电子对撞；费米实验室的Tevatron是质子-反质子对撞；欧核中心的LEP1代/LEP2代都是正负电子对撞，LHC则是质子-质子对撞。综上所述，选择什么对撞是由物理学家和工程师们最终决定的，它取决于想要得到什么样的实验结果。那么，物理学家为什么热衷于建造大型对撞机呢？这是因为目前的粒子物理学标准模型仅是貌似完整，其实还存在很多问题。比如说2012年发现的希格斯粒子，它赋予了其他16种粒子质量，但它自身的质量是哪里来的？次外，杨-米尔斯场有将夸克强制捆绑之嫌，很多物理学家认为它实在太丑陋，不是最终理论。另外，中微子谜题、反物质谜题、暗物质和暗能量谜题，目前都没有办法用标准模型来清楚、正确地解释，所以标准模型一定是不完整的，也说明高能物理研究远远未到终点，这就需要未来有更强大的对撞机。

电子回到了原点，故位移为零；路程为电子经过轨迹的长度，则路程为：s=3×2πR=6πR；故选：B．

解析： 设正电子为S系，设对撞机为S′系，S′系相对S系v= 0.90c .则另一个电子相对S′系的速度u′= 0.90c .这样，另一个电子相对S系的速度就是两个电子的相对速度. 答案：根据相对论的速度合成定理，u= = ≈ 0.994c .即两个电子之间的相对速度为 0.994c .

文字实录[主持人]:刚才两位老师给我们介绍了一些应用。刚才张老师介绍了，中国也有我们自己的对撞机，叫北京正负电子对撞机。能不能介绍一下中国自己的对撞机的一些情况。[张闯]:我注意到在网上很多网友谈到欧洲强子对撞机的时候有很多评论。特别是说看了以后才知道这个东西非常微妙，也有的说看了以后才知道我们中国还有多大的差距，也有的网友很关心，说我们中国也参加了这个合作。有的说我们的贡献是不是太小了。还有的说，我敢肯定中国也有，而且将来一定会有更好的。我们知道网友对这个事情非常关心，中国在这方面到底是什么情况。[张闯]:我们也有一个对撞机，就是北京正负电子对撞机，我们说有两个，一个是原来的单环的北京正负电子对撞机，1984年破土动工，小平同志亲自为它奠基，到1988年正式对撞，工作了大概20年左右，21世纪初期我们进行了改造，建造了双环的北京正负电子对撞机，这个机器是我们所工作的园区叫套和颤物理园区，这在国际上占领先地位的，而且它建立了以北京谱仪为基础的国际合作，这是一个非常前沿的、先进的国际合作组，在这个领域中取得了很好的成果。[张闯]:我看到一个杂志上有一篇文章。他就讲到成千上百的美国科学家飞到北京来参加北京的试验，经过最近的改造，北京正负电子对撞机性能有了提高，成为国际领先的对撞机。我们国家经过这么多年的努力，在国际究领域里面占了很大的作用。[陈国明]:北京正负电子对撞机能量比较低，只有3.5金伏，和我们讲的LHC相差三个量级。但是它做的工作的物理意义很重要的，它和LHC的内容不一样。我们知道讲6个夸克，正反夸克强子下面一个分类，叫做介子，假如有三个夸克组成的叫做重子，也是强子里面的重。还有没有其他的物质形态？比如有四个夸克组成的、五个夸克组成的，有很多胶子组成的胶子球，基本的物质形态假如不是我刚才讲的介子和重子，那就是重大突破，就是我们物质世界新的物质形态，这对以后的应用也是无可估的。[陈国明]:北京的正负电子对撞机主要是想找这些东西，有没有这些新的物质形态，普通的物质是由质子、中子组成的，都是三个夸克组成，叫做重子。假如都是重子，5夸克、6夸克，就是胶子球的，这样的话，是完全不同物质形态不一样，就会造成其他的物质形态了，这就是非常重要的。[主持人]:这也是我们北京正负电子对撞机研究的目的。刚才张老师介绍了，北京的正负电子对撞机最早是从1984年开始动工，当时的情况，80年代初期，应该说，我们的科研环境，包括经费，可能经济环境还不是很好，包括您说小平同志都很重视破土的奠基仪式，为什么会得到国家这么大的重视？[张闯]:刚才主持人问到了，当初对撞机建立的时候也有这样的争论，中国这样一个发展中国家，想做加速器、对撞机是一个长远的目标，不能解决当前最紧迫的研究，到底应该放在什么样的地位，小平同志在对撞机建成以后，1988年视察了北京的正负电子对撞机，他作了一个很重要的讲话，这个讲话就是中国要在高科技领域占有一席之地。一开始小平同志举了一个例子。[张闯]:谈到对撞机，我先说一个故事，有一位欧洲的朋友，这个朋友就是我们强子对撞机的研究所所长，小平同志会见了他，他当时就问小平同志一个问题，就是说中国经济也不太发达，为什么要搞这个东西？小平同志回答说，这是为了将来，为了长远的发展。小平同志接着说，中国一定要发展高科技，要在国际高科技领域里面占有一席之地。回头看小平同志当时的讲话，确实非常有远见。

近日，围绕着“中国是否应该建造世界上最大的巨型对撞机”的问题，引发了各方的争论。比如著名数学家、菲尔兹奖获得者丘成桐[1]和高能所所长王贻芳就主张中国建造，而诺贝尔物理学奖获得者杨振宁却持有相反的态度。先不管到底谁的见解更有道理，我们先来看看到底粒子对撞机是何方神圣？它又对人类未来的发展到底有什么作用？通俗来说，粒子对撞机不过一种设计为高能粒子相互碰撞的机器。粒子对撞机是由同步加速器（在同步加速器中，磁场强度与粒子的能量成正相关，以保证粒子的加速电场与电子绕加速器圆周运动的频率一致）进化而来，粒子对撞机和回旋加速器的外形相似，均为环形。欧洲强子对撞机在粒子对撞机中进行粒子对撞的时候，主要存在3个步骤——粒子的积累、加速对撞。对于单个粒子来说，它的尺度是相当小（原子的尺寸在10-10m左右），因此要想增加粒子在对撞机中相互碰撞的频率，需要大量的粒子束。当然，如果粒子的能量不高，难以碰撞之后能够产生新的粒子，所以在粒子束碰撞之前得先进行一定的加速，这时，环形轨道就派上了用场。粒子加速器对粒子加速可采用直线加速器和回旋加速器，直线加速器相对于回旋加速器而言，加速到相同的能量，所需的建造的加速通道的路径更长。由于电场对带电的粒子有库仑力的左右，所以一般（直线或回旋）加速器中可用电场作为驱动力，而由于带电粒子身处磁场中时会存在一个所谓的洛伦兹力，洛伦兹力对带电粒子并不做功，只是改变带电粒子的运动方向（洛伦兹力的方向和带电粒子的运动方向相切），因此在回旋加速器中，可采用磁场对带电粒子进行偏转，这样可保证带电粒子在环形轨道中运动。为了使得粒子对撞机获取更大的粒子撞击的效率，通常都采用不同的粒子束相向运动进行碰撞。粒子对撞机的发明为科学研究带来了许多新的篇章，如里希特就是因为在美国斯坦福加速器中心的正负电子对撞机上发现了ψ粒子，从而和丁肇中共同分享了诺贝尔物理学奖，欧洲核子中心的质子-反质子对撞机也发现了w±和Z0粒子。目前，我国所拥有的粒子对撞机是于1990年建成于北京的正负电子对撞机，如果中国有希望建成世界上最大的巨型对撞机，那么不仅在粒子物理方面会取得一系列的进展，而且在高性能超导高频腔、大功率微波功率源、大型低温制冷剂和电子线路芯片等都将取得国际领先水平[2]。参考文献1. 蝌蚪五线谱：丘成桐:关于中国建设高能对撞机的意见并回复媒体的问题2. 中科院高能所（微信）：王贻芳：中国建造大型对撞机，今天正是时机

一个是北京正负粒子对撞机。它坐落于北京西郊八宝山东侧，占地50000平方米。下图为BEPC的总体简图。它由注入器（BEL）、输运线、储存环、北京谱仪（BES）和同步辐射装置（BSRF）等几部分组成。注入器是一台200米长的直线加速器，用于为储存环提供能量为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。储存环是一台周长为240.4米的环型加速器，它将正负电子加速到需要的能量，并加以储存。用于高能物理研究的大型探测器―北京谱仪位于储存环南侧对撞点。同步辐射装置则位于储存环第三和第四区，在这里，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。第一个是slac，国家加速器实验室SLAC试拥有最长线性自动升档在世界上的更大。本来是一个粒子物理研究中心、SLAC现在是一个多用途的实验室,天文物理学、光子科学、加速器和粒子物理学研究。六位科学家已获颁诺贝尔工作进行了在SLAC和未来的实验室的承诺就如同与众不同。7 李政道和杨振宁用理论的方法论证了在弱相互作用下宇称是不守恒的，并给出了相关实验的证明。吴健雄女士用实验证明了在弱相互作用下宇称是不守恒的。

由于此时电子的动能特别大，其速度接近光速，设该速度为v，因此电子的质量：m＝m01?v2c2电子的动能：Ek＝mc2?m0c2＝(11?(vc)2?1)m0c2将电子的质量：m0＝0.91×10?30kg；1eV=1.6×10-19J；光速：c=299792458m/s代入公式，得：v=299792453m/s所以：c-v=5m/s答：此电子的速率比光速小多少5m/s．

电子运动一周用的时间：t=sv＝2403×107=8×10-6s，而I=Qt，则Q=It=0.01A×8×10-6s=8×10-8C，在整个环中运行的电子数目：n=8×10?81.6×10?19=5×1011个．故选：D

粒子加速器（particle accelerator）是用人工方法产生高速带电粒子的装置。是探索原子核和粒子的性质、内部结构和相互作用的重要工具，在工农业生产、医疗卫生、科学技术等方面也都有重要而广泛的实际应用。自E.卢瑟福1919年用天然放射性元素放射出来的a射线轰击氮原子首次实现了元素的人工转变以后，物理学家就认识到要想认识原子核，必须用高速粒子来变革原子核。天然放射性提供的粒子能量有限，只有几兆电子伏特（MeV），天然的宇宙射线中粒子的能量虽然很高，但是粒子流极为微弱，例如能量为10^14电子伏特（ eV ）的粒子每小时在 1平方米的面积上平均只降临一个，而且无法支配宇宙射线中粒子的种类、数量和能量，难于开展研究工作。因此为了开展有预期目标的实验研究，几十年来人们研制和建造了多种粒子加速器，性能不断提高。在生活中，电视和X光设施等都是小型的粒子加速器。应用粒子加速器发现了绝大部分新的超铀元素和合成的上千种新的人工放射性核素，并系统深入地研究原子核的基本结构及其变化规律，促使原子核物理学迅速发展成熟起来；高能加速器的发展又使人们发现包括重子、介子、轻子和各种共振态粒子在内的几百种粒子，建立粒子物理学。近20多年来，加速器的应用已远远超出原子核物理和粒子物理领域，在诸如材料科学、表面物理、分子生物学、光化学等其它科技领域都有着重要应用。在工、农、医各个领域中加速器广泛用于同位素生产、肿瘤诊断与治疗、射线消毒、无损探伤、高分子辐照聚合、材料辐照改性、离子注入、离子束微量分析以及空间辐射模拟、核爆炸模拟等方面。迄今世界各地建造了数以千计的粒子加速器，其中一小部分用于原子核和粒子物理的基础研究，它们继续向提高能量和改善束流品质方向发展；其余绝大部分都属于以应用粒子射线技术为主的“小”型加速器。粒子加速器的结构粒子加速器的结构一般包括 3个主要部分 ：①粒子源，用以提供所需加速的粒子，有电子、正电子、质子、反质子以及重离子等等。②真空加速系统，其中有一定形态的加速电场，并且为了使粒子在不受空气分子散射的条件下加速 ，整个系统放在真空度极高的真空室内。③导引、聚焦系统，用一定形态的电磁场来引导并约束被加速的粒子束，使之沿预定轨道接受电场的加速。所有这些都要求高、精、尖技术的综合和配合。加速器的效能指标是粒子所能达到的能量和粒子流的强度（流强）。按照粒子能量的大小，加速器可分为低能加速器（能量小于10^8eV）、中能加速器（能量在10^8～10^9eV）、高能加速器（能量在10^9～10^12eV）和超高能加速器（能量在10^12eV以上)。目前低能和中能加速器主要用于各种实际应用。粒子加速器的分类粒子加速器按其作用原理不同可分为静电加速器、直线加速器、回旋加速器、电子感应加速器、同步回旋加速器 、对撞机等。1929年，英国物理学家科克罗夫特和沃尔顿一起，设计制造出了一个“电压倍加器”，从而制造出了世界上第一台增加质子能量的装置，他们把它叫做“静电粒子加速器”。这台加速器利用高电压，能把质子加速到将近40万电子伏的能量，便锂原子发生了核分裂，从而首次用人造粒子炮弹实现了核分裂。为经，科克罗夫特和沃尔顿一起获得了1951年的诺贝尔物理学奖。但是不久，人们就发现静电粒子加速器在电压太高时会产生巨大的电火花。这样，要再进一步增大粒子炮弹的能量就不可能了。然而，正是在首创的“静电粒子加速器”的基础上，科学家们不断努力探索，后来又研制成功了直线粒子加速器、回旋粒子加速器、同瞳回旋加速器、质子同瞳加速器等更高能量的粒子加速器。其中，环形加速器和直线加速器的两种基本型式。环形加速器被加速的粒子以一定的能量在一圆形结构里运动，粒子运行的圆形轨道是由磁偶极（dipole magnet）所控制。和直线加速器(Linac)不一样，环形加速器的结构可以持续地将粒子加速，粒子会重复经过圆形轨道上的同一点。但是粒子的能量会以同步辐射方式发散出去。同步辐射是当任何带电粒子加速时，所发出的一种电磁辐射。粒子在圆形轨道里运动时都有一个向心加速度，会让粒子持续辐射。此时必须提供电场加速以补充所损失的能量。同步辐射是一种高功率的辐射，加速器将电子加速以产生同相位的X光。除了加速电子以外也有些加速器加速较重的离子，如质子，以运作更高的能量领域的研究。譬如高能物理对于夸克及胶子的研究分析。最早的环形加速器为 粒子回旋加速器，1912年由 恩奈斯特•劳伦斯（en:Ernest O. Lawrence）所发明。粒子回旋加速器有一对半圆形（D形）的中空盒子，以固定频率变换电场，用以加速带电粒子；以及一组磁偶极提供磁场使运动粒子转弯。带电粒子从盒子的圆心地方开始加速，然后依螺旋状轨迹运动至盒子边缘。粒子回旋加速器有其能量限制，因为特殊相对论效应会使得高速下的粒子质量改变。粒子的核质比与回旋频率间的关系因此改变，许多参数需重新计算。当粒子速度接近光速时，粒子回旋加速器需提供更多的能量才有可能让粒子继续运行，而这时可能已经达到粒子回旋加速器机械上的极限。当电子能量到达约十个百万电子伏特（10 MeV）时，原本的粒子回旋加速器无法对电子再做加速。必须用其它方法，如 同步粒子回旋加速器和 等时粒子回旋加速器的使用。这些加速器适用于较高的能量，而不用于较低的能量。如果要到达更高的能量，约十亿电子伏特（billion eV or GeV），必须使用同步加速器。同步加速器将粒子置于环形的真空管中，称为储存环。储存环有许多的磁铁装置用以聚焦粒子以及让粒子在储存环中转弯，用微波（高频） 共振腔提供电场将粒子加速。直线加速器带电粒子在直线中加速，运行到加速器的末端。较低能量的加速器例如阴极射线管及X光产生器，使用约数千伏特的直流电压（DC）差的一对电极板。在X光产生器的靶本身是其中一个电极。较高能的直线加速器使用在一直在线排列的电极板组合来提供加速电场。当带电粒子接近其中一个电极板时，电极板上带有相反电性的电荷以吸引带电粒子。当带电粒子通过电极板时，电极板上变成带有相同电性的电荷以排斥推动带电粒子到下一个电极板。所以带电粒子束加速时，必须小心控制每一个板上的交流（AC）电压，让每一个带电粒子束可以持续加速。当粒子接近光速时，电场的转换速率必须变得相当高，须使用微波（高频） 共振腔来运作加速电场。粒子加速器的能量从20世纪30年代到50年代后半期的20年时间里，加速器的能量增加了几百倍到几千倍。这是因为要发现基本粒子。除了到宇宙线中去寻找外，就得到原子核内部去寻找。原子核内部存在非常强大的作用力，把基本粒子紧紧地结合在一起，因此研究基本粒子需要很大的能量。随着加速器能量的增加，在实验室中所发现的基本粒子数目也增多了。现在，粒子加速器的规模已有小于一个大型机器制造厂，其用电量相当于一个中等城市，工作人员可达数千人，有宇宙粒子制造厂之称。但是，尽管今日粒子加速器能量已经够大的了，可它仍然远远不能适应探索原子奥秘的要求，因此随着人们对原子奥秘探索的深入，粒子加速器仍会为断地改进。粒子加速器的发展粒子加速器最初是作为人们探索原子核的重要手段而发展起来的。其发展历史概括如下；1919年，卢瑟福用天然放射源实现了历史上第一个人工核反应，激发了人们用快速粒子束变革原子核的强烈愿望。1928年，伽莫夫关于量子隧道效应的计算表明，能量远低于天然射线的α粒子也有可能透入原子核内。该研究结果进一步增强了人们研制人造快速粒子源的兴趣和决心。1932年，J．D．考克饶夫特（John D. Cockroft）和E.T.瓦尔顿（Earnest T. S. Walton）在England的 Cavendish 实验室开发制造了700kV高压倍加速器加速质子，即Cockroft-Walton 加速器，实现了第一个由人工加速的粒子引起的Li（p，α）He核反应。由多级电压分配器（multi-step voltage divider ）产生恒定的梯度直流电压，使离子进行直线加速。1930年，Earnest O. Lawrence制作了第一台回旋加速器，这台加速器的直径只有10cm。随后，经M. Stanley Livingston资助，建造了一台25cm直径的较大回旋加速器，其被加速粒子的能量可达到1MeV。几年后，他们用由回旋加速器获得的4.8MeV 氢离子和氘束轰击靶核产生了高强度的中子束，还首次生产出了24Na、32P和131I等人工放射性核素。1940 由 D. W. Kerst 利用电磁感应产生的涡旋电场发明了新型的加速电子电子感应加速器（Betatrons）。它是加速电子的圆形加速器。与回旋加速器的不同之处是通过增加穿过电子轨道的磁通量（magnetic flux ）完成对电子的加速作用，电子在固定的轨道中运行。在该加速器中，必须和处理电子的相对论作用一样来处理由辐射而丢失的能量。所有被加速的粒子辐射电磁能，并且在一定动能范围内，被加速电子的辐射损失能量比质子的多。这种丢失的辐射能称同步加速辐射。因此，电子感应加速器的最大能量限制在几百MeV内。在研制电子感应加速器的过程中提出了电子的振荡理论，并解决了带电粒子在加速过程中的稳定性问题，该理论适用于各种类型的梯度磁场聚焦的加速器。因此，在加速器的发展历史上，该加速器起了重要的作用。电子感应加速器除了主要用于产生的γ射线做核反应等方面的应用外，还广泛用于工业和医疗方面：如无损探伤、工业辐照、放射治疗等。1945年，V•.I• 维克斯勒尔和.E.M.麦克米伦分别提出了谐振加速中的自动稳相原理，从理论上提出了突破回旋加速器能量上限的方法，从而推动了新一代中高能回旋谐振式加速器如电子同步加速器、同步回旋加速器和质子同步加速器等的建造和发展。中国三大高能物理研究装置---中国的粒子加速器80年代，我国陆续建设了三大高能物理研究装置――北京正负电子对撞机、兰州重离子加速器和合肥同步辐射装置。为什么国家要花费如此巨资，建设这三大高能物理研究装置呢？中国科技大学同步辐射加速器实验室随着科学技术的发展，人类对物质结构的认识是从一开始看到身边的各种物质逐渐发展到借助放大镜、显微镜、直到后来的粒子加速器、电子对撞机等，逐步深入到细胞、分十、原子和原子核深层次，每深入一步都会带来巨大的社会效益和经济效益。原子核及其核外电子的发现，带动了无线电、半导体、电视、雷达、激光、 X光的发展，而近几十年对原子核的研究，则为原子能的利用奠定了理论基础。要想了解物质的微观结构，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，让正负电子在运动中相撞，可以使物质的微观结构产生最大程度的变化，进而使我们了解物质的基本性质。北京正负电子对撞机北京正负电子对撞机是一台可以使正、负两个电子束在同一个环里沿着相反的方向加速，并在指定的地点发生对头碰撞的高能物理实验装置。由于磁场的作用，正负电子进入环后，在电子计算机控制下，沿指定轨道运动，在环内指定区域产生对撞，从而发生高能反应。然后用一台大型粒了探测器，分辨对撞后产生的带电粒千及其衍变产物，把取出的电子信号输入计算机进行处理。它始建于1984年10月7日，1988年10月建成，包括正负电子对撞机、北京谱仪（大型粒子探测器）和北京同步辐射装置。北京正负电子对撞机的建成，为我国粒子物理和同步辐射应用研究开辟了广阔的前景。它的主要性能指标达到80年代国际先进水平，一些性能指标迄今仍然是国际同类装置的最好水平。兰州重离子加速器兰州重离子加速器兰州重离子加速器是我国自行研制的第一台重离子加速器，同时也是我国到目前为止能量最高、可加速的粒子种类最多、规模最大的重离子加速器，是世界上继法国、日本之后的第三台同类大型回旋加速器，1989年H月投入正式运行，主要指标达到国际先进水平。中科院近代物理研究所的科研人员以创新的物理思想，利用这台加速器成功地合成和研究了10余种新核素。合肥同步辐射装置合肥国家同步辐射实验室直线加速器 合肥同步辐射装置主要研究粒子加速器后光谱的结构和变化，从而推知这些粒子的基本性质。它始建于1984年4月，1989年4月26日正式建成，迄今已建成5个实验站，接待了大量国内外用户，取得了一批有价值的成果。中国科学技术大学同步辐射加速器实验室1989年4月提前建成并调试出束。激光粒子加速器美国科学家Tomas Plettner在近日出版的《物理评论快报》上报告，他和斯坦福大学、斯坦福线形加速器中心（SLAC）的同事一起，用一种波长800纳米的商用激光调节真空中运行的电子的能量，获得了和每米递减4千万伏的电场一样的调制效果。这一技术有望发展成新型激光粒子加速器，用来将粒子加速到Tev（万亿电子伏）的量级。传统的加速器必须做成几百米甚至更长的庞然大物，以将粒子能量提升到粒子物理学家所需的程度。最近几年来，科学家发展出一种主要基于激光等离子体的技术，可获得比传统加速器更高的加速梯度，从而为缩短加速度的长度带来可能。然而，之前的一些技术往往导致同步加速器的辐射损失或降低粒子束的质量，限制了其对粒子物理学家的吸引力。斯坦福大学研究小组开发的新方法，在用激光束加速的同时，施加一个和激光同向的纵向电场，形成叠加的加速效果。电子获得的能量自然等于纵向电场和激光束单独作用施加能量之和。该装置在真空中加速电子，而不是在复杂得多的等离子体环境中。在自然空间，激光的相位速度——单一波长光的传播速度——比电子的速度低，因此不会影响加速效果。然而，Plettner和同事现在用一种镀金的带状聚合物，在电子束和光束互相作用的点上设置一条“边界线”；该线减轻了电子束和光束之间的相互影响，使两者之间产生电子加速所需的能量交换，从而克服了这个问题。“这项工作最初、最主要的动机是想探索开发粒子加速器的可能性，从而把现有直线加速器的长度缩减一个数量级。”Plettner说，“这将导致碰撞能达1Tev甚至更高的‘紧凑"型高亮度轻子碰撞的出现。”据悉，新方法还可能导致小型X射线源技术的发展。

这个机器作用是通过碰撞能产生型新的物质，帮助科学家们去年研究，以验证一种全新的物理理论，因为建造这个机器的前期投入是非常大的，在前十年内根本看不到回报，而且充满着风险，所以科学家反对建造。

粒子对撞机的作用就是切割微观粒子，其原理是量子力学。我们的世界是由无数个微观粒子组成了，例如分子、原子、夸克。科学家们一直好奇，组成我们的这些微观粒子的内部又是什么样子的呢？所以在机缘巧合之下，通过量子力学的原理创造出了粒子对撞机，粒子对撞机就是一种设置高能粒子相互碰撞的机器，通俗地来讲就是一把可以切割微观粒子的手术刀。粒子对撞机的前身是同步加速器，二者的外形非常相似都是环形，通过磁场对粒子施加越来越大的能量，使其接近光速之后撞击目标粒子。主要步骤有三步，分别是累积、加速、对撞。其实要控制一个粒子相撞是非常困难的，所以一般都是使用大量的粒子束来对撞，以增大粒子对撞的频率。粒子对撞的时候必须有很大的能量才能碎裂，如果能量不够的话，对撞的粒子会结合在一起组成新的粒子。粒子对撞机的外形成环形就是这个原因，环型可以增加粒子加速的路径，给粒子更大的加速度以获得更多的能量。粒子对撞机的发明为科学界带来了许多的新篇章，很多特殊的微观粒子都是在粒子对撞机中发现的，我国目前拥有的粒子对撞机诞生于1990年的北京，是一台正负电子对撞机，华人丁肇中 还因为电子对撞机上发现全新的粒子而获得过诺贝尔奖。虽然粒子对撞机很好，但是目前我们国家并没有继续研究大型粒子对撞机的设想，科学家们还表示就算研制成功了，在未来的50年之内也没有什么具体意义。所以粒子对撞机目前还是一个属于未来的东西，希望在未来有一天物理学可以有突破性的发展，让尘封粒子对撞机再次为人类做出贡献。

其主要作用是积累并加速相继由前级加速器注入的两束粒子流，到一定束流强度及一定能量时使其在相向运动状态下进行对撞，以产生足够高的相互作用反应率，从而便于测量。对撞机是测量高能粒子实验的仪器，目的是要发现‘新物理-新粒子"，包括场能效粒子-超对称粒子-超额维度量子等。同时对撞机也是一种‘粒子机制"的规律，是超出‘粒子标准模型"以外的新物理-新粒子探索，并自然界在存在着‘正负电子对撞机体"和‘中子与电子的非常规耦合"体制机制。所以对撞机在高能粒子物理-凝聚态-粒子天体物理有很重要的建造意义。扩展资料功能特点：与同步加速器极为相似，对撞机呈环形，沿环安放着磁铁系统、高频系统、真空系统以及探测和校正系统等。此外，它沿圆环还有两个或两个以上专供对撞用的特殊长直线节，探测仪器就被安置在长直线节内的对撞点附近的空间中。如果是电荷相同的同种粒子相撞，就必须要建立两个环。两个环的外加磁场方向相反。这两个环可以建在同一平面中，使其在几个交叉的地方进行对撞；也可以建立在上下两个不同平面中，用特殊的电磁场使两种粒子在长直线节内相撞。此外，高能量的对撞机还需要用一台高能加速器（一般用同步加速器或直线加速器）作为注入器，先把粒子加速到一定能量，再注入到对撞机中去进行积累，进一步加速及对撞。参考资料来源：百度百科-对撞机

关于造不造粒子对撞机，一直都存在两方观点，而网友们也自然而然地分成了两方，赞成或反对。赞成一方会着重凸显说出建造对撞机的好处，反对一方也会罗列出来不少证据，比如LHC的经验，以及当初美国对撞机项目SSC的中途叫停。双方各执己见，都是有理有据的。建与不建，它是一个严肃的科学问题，不是表面看上去那么简单，所以发表看法时，也不能过于偏激。建造对撞机是有实实在在的好处的：一个对撞机项目会吸引世界上优秀的科学家们前来中国搞研究，为了长期做实验，也会举家迁往中国长住下去，那么在这里做出的学术价值是无法估量的，这可能并不仅仅局限于高能物理领域的学术贡献，举个例子来说，当初欧洲核子研究中心的科学家为了让世界上的高能物理领域的物理学家们之间能够方便的相互传输论文、数据，他们利用两年的时间开发出了万维网（WWW）。大量的科学家在这里做研究，顶尖的智慧在这里碰撞，总会碰撞出火花，贡献不仅是高能物理方面的，很可能会延伸到其它方面，带来的间接价值也会很大。在学术方面，建造的大型对撞机有可能会发现新物理现象，发现超出现有标准模型以外的问题，精确地测量希格斯粒子的性质，更好的认知粒子物理标准模型。从花费上来说，并不是大家认为的那样一次性就投资1000亿元，它是分阶段的，是有前提的。对撞机项目有两个阶段，一个是CEPC（环形正负电子对撞机）、一个是SPPC（质子对撞机），先进行第一阶段CEPC的建设，投资360亿元人民币左右，分十年进行。对于SPPC来说，开展它需要有2个前提，一个是CEPC有重大的学术成果，一个是高温超导技术领域有突破，因为高温超导技术与能否建成SPPC紧密联系在一起。建造SPPC的费用，我们国家需要拿出700亿元人民币，同样也是分十年进行。这是一个国际合作项目，不过外国出的是小头，我们出的是大头。而不支持现在建造的一方的观点也很充分，对撞机不一定会发现新物理，对撞机后续的投入就像是一个无底洞，很难产生经济价值。以后的科学研究中，也都是外国人占主导，花费那么多的钱去建造这样的对撞机，不如去资助其它自然科学领域，或改善民生问题，是可以解决很多问题的。高能物理领域不是只有对撞机物理这一个方面，还有其它的方面同样值得研究，也可以做出重大成果来，另外，一味地建造周长更长的对撞机，它所能达到的能标是有限的，不如潜下心来去研究新加速器原理，从而达到更高的能标，这样才能完成更多的实验研究，发现所谓的新物理现象。并不是反对建设对撞机，只是不支持现在就建造对撞机，可以晚一些年，经济与民生问题得到诸多改善之后在建设。无论是支持一方还是不支持一方，理由都是充分的，所以才会在网上引发如此激烈的讨论，不过，在我们普通人眼中，我们了解的总归是很有限的，因此，我们不妨静下心来看看。其实吧，建与不建，都是有好处的。

《三体》中，那个锁死人类基础科学的智子实在是令人印象深刻。当三体人得知四光年外的地球上有人类这一存在之后，又开心又害怕，开心的是人类文明远远不如三体文明，害怕的是人类文明的进化速度非常之快。如果三体人用他们当时最快的飞船赶到地球要花四百年时间，等真的赶过去可能就已经被人类的科技水平虐成渣了。所以，他们先发制人地发动了智子攻击，用光速发出两个质子计算机，率先来到地球，暗戳戳搞破坏，不过两个比原子还小的微粒能做什么坏事？除了刺探下地球人的公开情报之外，就是给人类的粒子物理研究捣乱，影响人类最前沿的粒子加速对撞实验，制造错误的实验结果，搞疯掉一批批人类最聪明的物理学家，最终锁死人类的基础科学的发展。如果人类无法在微观层面发现新的物理定律，也就没有更高的科技水平，也自然再也不能和三体人叫板了。如此想来，是不是细思极恐了？我们不得不问一句，现在我们的物理学被三体人的智子给锁死了吗？这倒没有，不过基础物理似乎正在被高额的研发费用给“锁死”，因为建造这种高能物理实验机器的代价实在是有点高昂。欧洲核子中心（CERN）全票通过了《2020欧洲粒子物理战略》，并计划建造一台全新的高能物理实验机器——未来环形对撞机（Future Circular Collider，FCC），用于研究希格斯玻色子（即“上帝粒子”）和高能量前沿探索。不过，这台全长100公里的FCC环形对撞机的建造成本预计为210亿欧元。这项计划能够通过，还得归功于它的前辈—— “大型强子对撞机”（Large Hadron Collider，LHC）的成功。这一耗资50亿瑞士法郎，耗时25年，全长27公里的对撞机，终于在2012年证实了希格斯玻色子的存在，证实了一个50年前提出的物理学猜想。正是这一次的成功实验给了CERN巨大的信心，使其计划建造一个横跨瑞士和法国，面积大13倍，周长大3.7倍的超大型环形对撞机，来发现更深层次的基本粒子，比如预言中的超对称粒子，从而验证那些可以解释暗物质、暗能量的超对称理论。为了验证一项物理学假说，动用如此规模的资源，到底值不值？在中国同样有一场关于要不要建造“环形正负电子对撞机—大型质子对撞机（CEPC-SPPC）”的激烈争论。那么，欧洲要建的这座大型对撞机，到底有何作用？既然欧洲已经领跑了，那么我国的大型粒子对撞机，还有必要再建设么？为什么要建大型粒子对撞机？粒子对撞机是现代高能物理研究中最为重要的实验设备。如果人类想要搞清楚宇宙的微观层面，也就是弄清楚组成宇宙物质的基本组成，搞清楚自然运行的基本规律，就不仅仅需要提出一系列的科学假说，还要能够证实或证伪这些假说的物理实验，那么粒子对撞机就是必不可少的验证和测量工具。那么粒子对撞机是如何工作的呢？如同我们想要了解一个东西的内部构造，就会把它拆开来看看，物理学家同样面对微观粒子的时候也是采用同样的思路。只是想要拆开比原子更小的基本粒子的难度会非常大，科学家们为此想到了要将基本粒子不断加速，然后让它们迎面相撞。以接近光速的速度相撞，释放最大的能量才有可能把这些粒子拆开，然后人类才有可能观察到粒子的更基本组成和各种物理性质。（LHC铅离子对撞实验，产生了大量新的物质）如何让两个如此微小的粒子相撞，其过程非常复杂，目前想到的唯一办法就是同时加速上亿个粒子，最后在一场粒子的暴风骤雨中，只有几对幸运的粒子可以迎面撞上。而人类要做的就是在电光火石之间，测量出粒子相撞留下的痕迹（直接观测粒子对撞是不可能的），这也对粒子对撞机的工程要求极为严苛。那么，2012年人们在当时的LHC对撞机中找到的希格斯玻色子，到底是怎么发现的呢？因为这一上帝粒子的衰变期只有短暂的10的负22次方秒，探测器根本不可能直接捕捉到上帝粒子。所以，粒子探测器记录的信号，来自上帝粒子衰变后的产物，也就是产生一对稳定的正负电子和寿命较长的正负μ子。正是通过测量这些衰变后的粒子间的关联，人们才间接地推出上帝粒子的存在。(希格斯玻色子Higgs boson)发现“希格斯玻色子”有什么重要价值呢？上个世纪60年代，科学家提出了粒子物理学的“标准模型”，这是一套描述了强力、弱力及电磁力这三种基本力及组成所有物质的基本粒子的理论。在这一理论中，希格斯玻色子被认为是“质量之源”。其他粒子通过和希格斯玻色子相互作用才能产生质量。因此，“希格斯玻色子” 的发现，成为补上“标准模型”中最后一块 “拼图”。既然“标准模型”的拼图已经完整，为什么人类还需要更大规模的粒子对撞机呢？一个是，科学家们希望对希格斯玻色子进行更深入的研究，而即使是对LHC不断升级也就是加大对撞能量的能级，也无法得到足够的希格斯玻色子，因此还需要建造规模更大的对撞机装置。再一个是，“标准模型”并不能完全解释全部的物理学规律，比如它无法解释中微子质量、暗物质、暗能量的来源以及物质和反物质不平衡的问题，还有融合四种力的大统一理论。粒子物理学的盛宴才刚刚开启，需要更大的粒子对撞实验来加以验证。

关于我国要不要建造超大电子对撞机的讨论，杨振宁是反对的，认为建造超大对撞机预算不可能少于200亿美元，作用不大。中科院高能物理研究所所长王贻芳赞成在中国建造，可以推动中国的科技发展我是写电影的，不是搞科研的，但是科技是第一生产力的道理都懂，我国建造的北京正负电子对撞机 还是取得了很多成绩，北京正负电子对撞机(BEPC)作为世界八大高能加速器中心之一，是当时世界上唯一在τ轻子和粲粒子产生阈附近研究τ-粲物理的大型正负电子对撞实验装置，也是该能区迄今为止亮度最高的对撞机。美国、欧洲等西方国家一直对我国进行高科技封锁，这种局面，只有靠我们自己的科学家才能打破！像飞机的航空发动机，就是个重大的科技难题中国科技发展还是需要战略眼光，要听取大部分我国科学家的意见，也要考虑我国的经济能力和民生！

如今我国科技发展迅速，但在科技方面的发展距离一些发达国家还是有一定距离的，其中高能物理领域作为物理学中的一个金字塔。我国一直都在试图突破去高能物理学，而在高能物理领域最受关注的科研设备就是大型强子对撞机，目前世界上最大的对撞机位于欧洲日内瓦和附近，在地下100米深处17公里的隧道内，是人类研究高能物理的重要工具。大型对撞机。在科幻作品中，对撞机也是经常出现的，一般都是穿梭时空的存在，但是在现实生活中，对撞机主要是通过粒子的碰撞来研究粒子并发现新粒子。而大型对撞机的原理是利用两束高能粒子去轰击静止的粒子，然后在磁场约束下发生对撞的高能物理的一种实验设备。在一般的加速器中，如果只有一束粒子在运动，那么被轰击的那个就是静止的，但如果轰击之后粒子仍然具有很大的动能，那么只有少量的加速能量用于相互作用。而大型对撞机就需要从其他加速器里面注入粒子，然后在环形真空室不断回旋运动，通过高能粒子不断变化的电压和磁场来进行加速，从而获得粒子很高的能量以及粒子密度的对撞信息。杨振宁，最伟大的物理学家之一，他是继爱因斯坦后为人类做出卓越贡献的一位科学家，也是高能物理界的一个代表，但他却公开反对建造大型强子对撞机。杨振宁为什么反对建造大型对撞机？大型粒子对撞机可以说是一个非常高尖端的科学设备，在全世界范围内，很少有国家能建造得出来。而杨振宁之所以反对是出于以下几个原因：第一：建造的成本非常大，回报低，保守估计，建立这样一个设备大概要4000亿的资金，在杨振宁看来，该项目所需的费用过于庞大，而且在短期内很难赶上那些发达国家现有水平。比如日本曾建造过粒子对撞机，耗资1亿美元，但却没能取得什么成果，而且他还认为美国发展的核心原因是与时俱进的计算机技术，于是他就觉得需应该将有限预算应用到计算机等学科的人才培养中。第二：科学技术难度大，时机不到，目前像大型对撞机这样的高端设备就算是在欧美国家建造也是非常谨慎的，而且还得加上多个国家一起进行研发，虽然中国现在处于一个高速发展时期，国力也已经排名世界前列，但建立大型粒子对撞机的时机还未到。第三：大型对撞机带来的经济价值不大，粒子物理学是一门非常基础的科学，关于它的深入研究是需要粒子对撞机，但事实上对这门基础科学的研究并不会产生多少可利用的价值，简单来说几乎是不会产生什么经济价值，而它的主要价值也就是用来研究粒子的。自八十年代后，关于大型对撞机的话题始终受到人们的关注，比如欧洲建设的LHC就成功发现了标准模型中剩余的“希格斯玻色子”。但多年之后，杨振宁还是持反对意见，他认为大型对撞机已经无法提供更为突出的发现，也难以给中国带来实际的帮助。而新一代的科学家，丁肇中的得意门生王贻芳就提出要建大型对撞机，他认为一个国家的发展要从长远考虑，尤其是我们这样的一个大国，要想不落后，就要获得主动权。王贻芳也提出了一系列规划：第一阶段大概是在2020到2030年，这是正负电子对撞机建设的阶段，其中工程造价大约为400亿人民币，还不包括土地等问题。第二阶段大概为2040到2050年，这是四分之三质子对撞机阶段，其工程造价大约为1000亿人民币。建设大型对撞机的意义：首先大型对撞机可以丰富人类对宇宙的了解，探索宇宙中的一些未解之谜，如暗物质、暗暗能量等等，尤其是英国物理学家彼得希格斯所提出的"希格斯波色子"这种粒子。其次大型对撞机可以使人类的科学技术向前迈进一大步，是打破国外技术封锁的关键，而且还能提高我们的科学水平，打破国外的封锁，走在科技的最前沿。虽然全世界并没有多少国家能够负担的起，但坚持要我们自己的大型对撞机，开创属于我们自己的科技成果，也是为了证明中国的实力，所以并不是不建，而是时机未到。相信未来经过我们中国不断的努力和发展，我们可以用实力去证明，中国一个不惧艰难，不惧险阻，聪明智慧，勤劳勇敢的国家。

正负电子对撞机是一个使正负电子产生对撞的设备，它将各种粒子(如质子、电子等)加速到极高的能量，然后使粒子轰击一固定靶。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，发现新粒子、新现象。用加速器的粒子轰击静止的靶，就像在一起交通事故中的一辆汽车撞到一辆停在路边的汽车上，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，碰撞的威力就不够大。如果使两辆相向开行的高速汽车对头相撞，碰撞的威力就大许多倍。基于这种想法，科学家们在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。

正负电子在对撞机里相向高速回旋、对撞，探测对撞产生的“碎片”——次级粒子并加以研究，就能了解物质微观结构的许多奥秘。虽然我们还不能预言这些研究结果将会有什么样的实际应用，但可以相信，微观奥秘的揭示一定会对人类的生活产生深远的影响，就象电磁波的发现已成为信息时代的先导、对原子核的研究导致了核能的广泛应用那样。而利用电子在对撞机里偏转时发生的一种光辐射——同步辐射，又可以把对分子和原子的研究，由静态的和结构性的开拓到动态的和功能性的。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，目前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。北京正负电子对撞机的外型，象一只硕大的羽毛球拍。圆形的球拍是周长240米的储存环，球拍的把柄就是全长202米的行波直线加速器。由电子枪产生的电子，和电子打靶产生的正电子，在加速器里加速到15亿电子伏特，输入到储存环。正负电子在储存环里，可以22亿电子伏即接近光的速度相向运动、回旋、加速，并以每秒125万次不间断地进行对撞。而每秒有价值的对撞只有几次。有着数万个数据通道的北京谱仪，犹如几万只眼睛，实时观测对撞产生的次级粒子，所有数据自行传输到计算机中。科学家通过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。研究未有穷期。为探索物质奥秘并造福人类，我国科学家将在不断认识微观世界的跋涉中继续奋进。

将各种粒子(如质子、电子等)加速到极高的能量，然后使粒子轰击一固定靶。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，发现新粒子、新现象。用加速器的粒子轰击静止的靶，就像在一起交通事故中的一辆汽车撞到一辆停在路边的汽车上，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，碰撞的威力就不够大。如果使两辆相向开行的高速汽车对头相撞，碰撞的威力就大许多倍。基于这种想法，科学家们在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。

　　电子对撞机是能使正负电子产生对撞的设备，将各种粒子加速到极高的能量，使粒子轰击一固定靶。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，发现新粒子、新现象。 　　对撞机又作为同步辐射装置，在凝聚态物理、材料科学、地球科学、化学化工、环境科学、生物医学、微电子技术、微机械技术和考古等应用研究领域取得了一大批骄人的成果。 　　利用同步辐射光对高温超导材料进行的深入研究，对世界上最大尺寸的碳60晶体以及X射线光刻技术的研究均取得重要突破。在微机械技术方面，制成直径仅4毫米超

B 考点：专题：直线运动规律专题．分析：路程是标量，大小等于运动轨迹的长度．位移是矢量，大小等于初末位置间的距离，与运动路线无关．位移是矢量，大小等于初末位置间的距离．转了3圈回到原位置，故位移为零，最大路程等于转3圈轨迹的长度，即s=3×2πR=6πR．故B正确，A、C、D错误．故选B．点评：解决本题的关键知道路程是标量，大小等于运动轨迹的长度．位移是矢量，大小等于初末位置间的距离，与运动路线无关．

电子运动一周用的时间：t=sv=2403×107=8×10-6s，I=Qt，则电量为：Q=It=0.01A×8×10-6s=8×10-8C，在整个环中运行的电子数目：n=8×10?81.6×10?19=5×1011个．故选：B．

　通俗来说，粒子对撞机不过一种设计为高能粒子相互碰撞的机器。粒子对撞机是由同步加速器（在同步加速器中，磁场强度与粒子的能量成正相关，以保证粒子的加速电场与电子绕加速器圆周运动的频率一致）进化而来，粒子对撞机和回旋加速器的外形相似，均为环形。欧洲强子对撞机　　在粒子对撞机中进行粒子对撞的时候，主要存在3个步骤——粒子的积累、加速对撞。对于单个粒子来说，它的尺度是相当小（原子的尺寸在10-10m左右），因此要想增加粒子在对撞机中相互碰撞的频率，需要大量的粒子束。当然，如果粒子的能量不高，难以碰撞之后能够产生新的粒子，所以在粒子束碰撞之前得先进行一定的加速，这时，环形轨道就派上了用场。　　粒子加速器对粒子加速可采用直线加速器和回旋加速器，直线加速器相对于回旋加速器而言，加速到相同的能量，所需的建造的加速通道的路径更长。由于电场对带电的粒子有库仑力的左右，所以一般（直线或回旋）加速器中可用电场作为驱动力，而由于带电粒子身处磁场中时会存在一个所谓的洛伦兹力，洛伦兹力对带电粒子并不做功，只是改变带电粒子的运动方向（洛伦兹力的方向和带电粒子的运动方向相切），因此在回旋加速器中，可采用磁场对带电粒子进行偏转，这样可保证带电粒子在环形轨道中运动。　　为了使得粒子对撞机获取更大的粒子撞击的效率，通常都采用不同的粒子束相向运动进行碰撞。粒子对撞机的发明为科学研究带来了许多新的篇章，如里希特就是因为在美国斯坦福加速器中心的正负电子对撞机上发现了ψ粒子，从而和丁肇中共同分享了诺贝尔物理学奖，欧洲核子中心的质子-反质子对撞机也发现了w±和Z0粒子。目前，我国所拥有的粒子对撞机是于1990年建成于北京的正负电子对撞机，如果中国有希望建成世界上最大的巨型对撞机，那么不仅在粒子物理方面会取得一系列的进展，而且在高性能超导高频腔、大功率微波功率源、大型低温制冷剂和电子线路芯片等都将取得国际领先水平

电子转一圈的时间为：t=sv=2403×107s=8×10-6s．整个环中电子的电量为：Q=It=10×10-3×8×10-6C=8×10-8C．所以电子的数目为：n=Qe=8×10?81.6×10?19C=5×1011C．故A正确，B、C、D错误．故选：A．

A 试题分析：圆形轨道内的电子运动一周的时间 电流定义为单位时间通过某一横截面的电荷量，即 ，那么电荷量 ，运动一周的时间内，通过的电荷量即所以电子的电荷量，所有电子数目 ，选项A对。

电流是10毫安，即每秒通过0.01库伦电荷，240米的轨道，1个电子以1/10光速流动，每秒将通过该轨道截面125000次，即1个电子能产生125000*1.6*10^-19=2*10^-14库伦电荷，则0.01库伦电荷需要电子数目为0.01/2*10^-14=5*10^11个电子

图上百度可以看见，利用带电粒子在磁场中加速到接近光速的极大速度，让后去撞击。

它将是世界上最大、能量最高的粒子加速器，是一种将质子加速对撞的高能物理设备，英文名称为LHC(Large Hadron Collider)。它是一个圆形加速器，深埋于地下100米，它的环状隧道有 27 公里长，因此走完全程要花４个多小时。你可以将百慕大、摩纳哥和４个梵蒂冈塞进它所占的区域内。近期，大型强子对撞机将投入使用。　　位置：　　它坐落于在瑞士日内瓦的欧洲核子研究中心（又名欧洲粒子物理实验室），横跨法国和瑞士的边境。　　它有什么用途？　　大型强子对撞机将两束质子分别加速到7TeV（7万亿电子伏特）的极高能量状态，并使之对撞。其能量状态可与宇宙大爆炸后不久的状态相比。粒子物理学家将利用质子碰撞后的产物探索物理现象，例如，寻找标准模型预言的希格斯粒子、探索超对称、额外维等超出标准模型的新物理。　　它为什么这么大？　　事实上，你应该问为什么它这么小。答案是为了节省成本。物理学家们没有开凿一条昂贵的新隧道来容纳新的对撞机，而是决定拆掉原来安置在欧洲原子核研究中心的正负电子加速器，代之以建造大型强子对撞机所需要的５万吨设备。当两个质子束在环形隧道中沿着反方向运动的时候，强大的电场使它们的能量急剧增加。这些粒子每运行一圈，就会获得更多的能量。要保持如此高能量的质子束继续运行需要非常强大的磁场。这么强的磁场是由冷却到接近绝对零度的超导电磁体产生的。　　谁在为它工作？　　来自大约 80 个国家的 600 名科学家和工程师。　　成本：　　大约 25 亿 美元。　　后继者：　　即使大型强子对撞机还在建设中，那也没有阻止物理学家们考虑下一个大型粒子加速器。他们最希望建造的是一个 30 公里长的机器，它能以至少 ５千亿电子伏 的能量将电子和正电子一起粉碎。　　我国在1988年建成了北京正负电子对撞机；欧洲核子研究中心的正负电子对撞机是当今世上能量最大的对撞机，其能量为100GeV，主加速器周长为27km目前正在建造的大型强子(质子-质子)对撞机。能量高达16TeV。

如果象楼上各位说的那样,只放出光,那么我们国家花那么大财力建造正负电子对撞机 就没有什么意义了. 总体来讲,一对正反粒子相遇,会发生湮灭并产生新的一对正反粒子.但这个过程会因为相遇的正反粒子所具有的动能的不同而不同.以正负电子为例： 当它们相遇时,如果动能几乎为0,则质量转化为能量,电子消失,产生一对伽玛光子.每个光子的能量与每个电子的静止质量能几乎相同.即 511 keV.（注意：光子的反粒子是其本身） 而当二者相遇时具有较大动能的情况下,不会发生上面的发光现象.如果动能不是非常之大,则依然维持在正负电子的状态.而如果动能足够大的话,则可以发生电子的动能转化为质量的现象.正负电子湮灭后产生具有比电子质量更大的一对正反粒子,例如μ介子等. 通过调节电子的动能,可以产生不同质量的新的正反粒子,这才是正负电子对撞机的科学意义所在.

具体机理十分复杂.简单的告诉你,顾名思义,就是利用磁场(不是电场)将粒子加速到接近光速的极大速度,再去轰击其他粒子,以将本来难以分割的微小粒子碎列开来,以研究其内部结构及性质的庞大装置.通常有直线与环型两种.

假设单位长度有电子n个，对某一横截面，t 时间内通过电子数为n*v*t，电量为n*v*t*e,有电流定义，i=q/t,得i=n*v*e,其中i,v,e已知，可求得n，再乘以环的周长便是电子总数了！

答：电子当然有内部结构，由夸克，重子，轻子，强子等一系列层次不同的微粒组成。内部结构极其复杂，粘贴如下：还有，宇宙间所有电子应该是一样的，。近代以来的物理学研究发现，物质是由不同层次的微粒构成的，形成了一个阶梯系列。二三百年前，人们发现物质由分子及原子组成。到19世纪末，在科学实验基础上，科学家认识到原子由原子核和核外电子构成。原子很小，直径约亿分之一厘米。原子核大约是原子的10万分之一，电子则更小，大约是原子的亿分之一。再进一步，人们发现原子核又是由质子和中子组成的。 到此，曾有人以为找到了构成物质的最小“砖块”。然而，不久人们就发现了这种认识的局限性。 通过对宇宙射线的观察分析和高能加速器的实验，又发现了比上述微粒更小、更基本的大批新粒子，如介子、中微子、反粒子以及组成质子、中子的夸克等，达到几百种之多。其中，大部分在自然界中并不存在，而是在高能束流的轰击下才产生出来的。 微观粒子之间存在不同的相互作用。根据这些相互作用力的特点，可把几百种粒子分为强子、轻子和传播子3类。 强子是指参与强相互作用的那些粒子，包括质子、中子、π介子等。强子有其内部结构，由夸克组成。夸克有上、下、奇、粲、底、顶6类，每类有3种，共18种。1995年，科学家用高能物理实验证实了顶夸克存在的预言，这是近年来关于物质结构研究的一项重大进展。 轻子与强作用无关，只参与弱力、电磁力和引力相互作用，如电子、中微子、μ子、τ子等。1992年，我国北京正负电子对撞机成功实现了τ轻子质量的精确测定，取得了国际高能物理界瞩目的结果，使我国在该高科技领域占有一席之地。 微观世界作用力的传递是由粒子完成的。这些粒子即称传播子，也属于基本粒子范畴，传递强力的称胶子，传播电磁力的是光子，弱力的传播子是中间玻色子W+、W+和Z0。 夸克、轻子是不是就是最基本的物质结构单元呢？也不是。已有许多迹象表明，它们也可能还存在内部结构。对更微观层次的探究，是当代科学研究的最前沿之一。1979年的诺贝尔物理奖得主格拉肖曾建议，假如一旦在实验上发现了比夸克更小的微粒，应命名为“毛子”，以纪念毛泽东关于物质无限可分的哲学思想。这一设想虽尚未实现，但说明了科学家对辩证思维的重视。 人们会问：这样无限分下去有什么意义呢？一是哲学上的意义，证明世界的物质性和人类认识永无止境；二是科学理论上的意义，丰富了人们关于物质世界的基本知识；三是实践上的意义。当年对原子核内部结构的探索，导致了核能的广泛利用和开发。反物质有可能成为未来人类更强大的能源。除这些以外；研究超微观世界，需要庞大的高能实验设备，如对撞机、加速器等，这些设备的研制是高技术发展极强的推动力量，如我国自行设计、研制的北京正负电子对撞机，不仅取得了“精确测量τ轻子质量”这一高水平理论研究成果，而且，在对撞机的研制过程中，还带动了一大批高技术的发展。

静电平衡： 导体中（包括表面）没有电荷定向移动的状态叫做静电平衡状态[1]。 均匀导体达到静电平衡的条件是导体内部的合场强处处为零。 导体的特点是它具有可以自由移动的电荷，这些自由电荷在电场中受力后会做定向运动，而“静电平衡”指的是导体中的自由电荷所受的力达到平衡而不再做定向运动的状态。 静电平衡内部电场的特点：处于静电平衡状态得导体其合场强为零。 处于静电平衡状态的整个导体是个等势体，它的表面是个等势面。地球是一个极大的导体，可以认为处于静电平衡状态，所以它是一个等势体。静电平衡过程：无论导体是否带电，一旦其处于外电场中，在外电场E的作用下，导体内的自由电子受到电场力的作用，将向着电场的反方向做定向移动，因而产生的感应电荷所附加的感应电场E 0与外电场E相反，E 0阻碍导体内的自由电子的定向移动。只要E＞E 0，电子仍将定向移动，直到E＝E 0，导体中的自由电荷才会停止定向移动；此时E＝E 0，且方向相反，即合场强为零，没有电荷定向移动，即达到了静电平衡状态。但值得注意的是静电平衡只是宏观上停止了定向移动，导体内部的电荷仍在做无规则的热运动，只是静电平衡时电荷只分布在导体表面，表面为等电势且内部电场强度是稳定为零。 静电平衡时，导体上的电荷分布有以下三个特点： 1.导体内部没有净电荷，正负净电荷只分布在导体的外表面。 2.导体内部无场强，表面场强垂直于表面且满足E=σ/ε。 3.在导体表面，越尖锐的地方，电荷的密度（单位面积的电荷量）越大，凹陷的位置几乎没有电荷。称为尖端放电现象。