1988年10月16日，北京正负电子对撞机建成，至今已30年。经常被问到的“花这么多钱，搞这个有什么用？”，其实早已得到了答案。
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建成30年，北京正负电子对撞机到底撞出了什么？ | 科学加
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文/记者 刘辛味 编辑/陈永杰
新媒体编辑/陈炫之
资料提供/文字审核 张闯（中国科学院高能物理所研究员）
缩写说明：
BEPC北京正负电子对撞机
BES北京谱仪
BSRF北京同步辐射装置
CESR康奈尔正负电子对撞机
▲北京正负电子对撞机的储存环（供图 中国科学院高能物理所）
1988年10月16日，在北京八宝山东麓，我国第一台大科学装置——北京正负电子对撞机实现正负电子对撞机建成。至今，已经整整30年。它由长202米的直线加速器、输运线、周长240米的圆型加速器（也称储存环）、高6米重500吨的北京谱仪和围绕储存环的同步辐射实验装置等几部分组成，外型像一只硕大的羽毛球拍。
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坐落在地下的庞然大物到底是做什么的？什么是对撞机，科学家用它发现了什么？也许你并不关心这些问题，但它的提出、建成、升级，代表着我国高能物理的一步步发展，更是对人类了解世界的组成做出了杰出贡献。
▲对撞机埋于地下 （供图 中国科学院高能物理所）
01
缘起：对于高能的追求催生了加速与对撞
要理解对撞机，还需要简短地回顾一下历史。X射线，天然放射性和电子的发现被称为19/20世纪之交的三大物理学发现，意味着人类对微观物质的探索进入了新的里程碑，标志着现代物理学的诞生。尤其是电子的发现，让人们知道了原子有内部结构。
新里程探索的领路人，英国物理学家J.J.汤姆孙在对阴极射线的研究中发现了电子，为了解释原子是为什么是电中性的，提出了“葡萄干布丁”模型，带负电的电子像布丁中的葡萄干分布在原子内，而正电荷就均匀分布在原子内。
▲1897年，英国物理学家J.J.汤姆孙发现了电子，还让人们知道了原子有内部结构（图片来自网络）
很快，J.J.汤姆孙的学生卢瑟福进行了一次载入史册的实验，他把α粒子（带正电的粒子流）当成炮弹去轰击金箔，就像打固定靶，结果发现有α粒子被打飞了，甚至反弹回来——这个实验证明了原子内有带正电的原子核的存在。而使用粒子去撞击某种物质微粒的思想被科学家接受，碰撞展现了许多新物理现象。从发现新元素到更微观的粒子，人们对物质世界有了更深层的了解。
▲卢瑟福的实验证明了原子核的存在（图片来源：thestargarden.co.uk）
物理学家想要用α粒子和质子去轰击更多种类的原子核，就意识到需要让发射的粒子获得更高的能量，给粒子加速获得更高动能的加速器应用而生。
另一方面，科学家从宇宙射线中发现了各种亚原子粒子，验证了很多理论预言。要让这些粒子人工产生，也需要产生更高能量粒子的加速器。物理学家只能依靠粒子加速器在高能量下碰撞的条件下才能产生并研究那些微小的粒子。
从1932年第一台粒子加速器诞生，到50年代已经发明出了各种各样的加速器，能量越来越高。渐渐地，研究物质世界构成本源的工作演变成了高能物理，也就是粒子物理学。
▲对撞机模拟地球大爆炸图解（供图CFP）
对于高能的追求是无止境的，打静止靶满满不能满足对高能量的需求了。为了让有效的相互作用能量更强，科学家提出了环形对撞的方法，让粒子加速到接近光速使之对撞，用这种方法科学家又发现了更多的新粒子。
因此，对撞机成为了探索物质微观世界的强有力的工具。当然，并不是说直线加速器没有环形对撞机产生的能量高而被淘汰了，由于不同能量下有不同的物理现象，直线加速器依然在贡献自己的力量。
其实加速器距离我们生活并不远，比如发射粒子最基础的部分电子枪，是过去电视和显示器中的基本构件。而医院里的CT、医疗器械消毒，工业上的无损检测、焊接加工等都需要用加速器，只不过超大型的加速器、对撞机用来探索物质微观世界，其实就是一台超巨型显微镜。
……
（未完）
我国加速器人经历了哪些波折的命运？到底要建一个什么样的加速器？…点击下方按钮阅读更多内容。
出品：科普中央厨房
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