北京玉泉路旁,绿树环绕的古朴院落地下,藏着一台外形酷似羽毛球拍的巨型科研装置——北京正负电子对撞机。在这台周长240米的环形装置内,正负电子可被加速到接近光速迎头相撞。科学家通过研究碰撞产生的微观粒子,探究微观世界基本运行规律,验证现有物理理论,寻找未知新粒子。
穿过防护门,步入储存环隧道。眼前,低温超导腔、组合型超导磁铁和精密真空室等整齐排列,设备在灯光下泛着冷峻的光泽。
组合型超导磁铁: 要让性能提升至原来的3倍,关键在于把对撞点的束团尺寸压得更小、流强提得更高,让对撞效率发生质变。
这听起来简单,实则是一项极致的工程挑战。高能所研究员朱应顺说:“最大拦路虎是对撞点两端的聚焦磁铁——组合型超导磁铁。” 然而,这种磁铁的制造技术曾被美国布鲁克海文实验室独家垄断。
中国科学家用了13年,研制全球最好的组合型超导磁铁。我们研制的组合型超导磁铁的性能比美国产品还高出40%。
同时,团队还攻克了多项关键核心技术:比如,射频超导模组利用超导腔在接近零下269摄氏度的极低温下电阻消失的特性,将加速效率提升数倍,从而能在有限的空间更高效地把正负电子的束能量推向更高水平;新型注入冲击磁铁将传统的镀膜陶瓷板结构创新地设计成金属条方案,把注入冲击磁铁对真空度工况的需求降低了一个量级,解决了高束流功率、高单束团流强稳定运行的技术难题;光子吸收器采用特种铜合金与锥形分级吸收结构,确保同步辐射功率的有效冷却,最终保障了储存环超高真空的长期稳定。
走出储存环隧道,来到谱仪控制室。刚一进门,电脑屏幕上复杂绚丽的粒子径迹图便映入眼帘。“这是我们探测器正在持续捕捉的微观粒子衰变径迹。大量稀有粲介子、奇特强子的信号将被更高效地记录下来,供物理学家深入分析。
这台装置的贡献不止于粒子物理前沿。它还可以“一机两用”,在开展高能物理对撞的时,储存环中飞驰的电子束也在源源不断产生高品质的同步辐射光,为众多用户提供服务。高能所魏彦茹解释:“当电子在弯转磁铁中改变方向时,会沿切线方向释放出强烈的X光,它就像探照灯一样,能照亮实验样品的微观结构。”
正是凭借这束光,科学家可以看清金属疲劳的裂纹如何萌生、蛋白质分子怎样折叠、芯片纳米级电路是否存在瑕疵……这些前沿研究都依赖于同步辐射光的高分辨穿透能力。(改编自科技日报2026年8月10日)