北京譜儀Ⅲ實驗國際合作組發(fā)言人、中科院高能物理所研究員李海波（右）與北京譜儀Ⅲ實驗國際合作組聯合發(fā)言人、中國科學院大學教授呂曉睿（左）在北京譜儀對撞區(qū)查看設備情況。（北京日報記者和冠欣攝）
自天安門廣場一路向西，復興路北側，中國科學院高能物理研究所院內，一座形如羽毛球拍的建筑就是北京正負電子對撞機的所在地。這是我國首個大科學裝置，也是我國第一座高能加速器。運行30余年間，幾乎每秒都有上千個粒子在其中高速奔跑、對撞、湮滅。大型探測器北京譜儀Ⅲ則是對撞機的“眼睛”，“目不轉睛”地記錄著每個粒子的飛行軌跡。
(相關資料圖)
“這些帶電粒子的軌跡，就像流星雨劃過天際?！北本┳V儀Ⅲ實驗國際合作組發(fā)言人、中科院高能物理所研究員李海波緊盯譜儀控制室大屏幕上顯示出的單事例粒子軌跡，生動地描述。每年的11月到次年6月，是北京譜儀Ⅲ最忙碌的時段——譜儀將連續(xù)收集數以萬億計的對撞數據。
從正面看，北京譜儀Ⅲ的主體結構是一個正八面體。經過北京正負電子對撞機的加速，接近光速的正電子和負電子分別從兩側飛入，并在譜儀的正中區(qū)域完成對撞。隨后，帶電粒子將在我國單體最大的超導磁體作用下，在1萬高斯的均勻磁場中發(fā)生偏轉，不同種類的粒子隨即飛往不同方向。
這個過程就像在微觀世界打臺球。每個粒子的產生發(fā)生在飛米級尺度內——這一單位比納米還要小100萬倍。而成人一根頭發(fā)的直徑大約是6萬納米。
緊盯“臺球賽”的一舉一動，是北京譜儀Ⅲ的重要作用。“建設譜儀時，我們要用4萬多根電纜線把每個子探測器信息傳送到中央控制臺?！崩詈２ń忉專灰b置內出現對撞事件，譜儀內的探測器就會以最快幾十皮秒級的時間分辨率，拍下粒子飛行的詳細軌跡。
自1988年10月16日，北京正負電子對撞機首次對撞成功至今，裝置多次升級。除工程改造及檢修時間外，這里的粒子撞擊一刻不停。作為當前國際上唯一一臺運行在20億至50億電子伏特能區(qū)的高能粒子對撞機，它產出了粲物理領域絕大多數的精確測量成果——在世界最權威的粒子數據表上，北京譜儀合作組測量的數據超過了1000項。
“譜儀的在線數據獲取能力能夠支持每秒處理6000個有效對撞事例?！北本┳V儀Ⅲ實驗國際合作組聯合發(fā)言人、中國科學院大學教授呂曉睿介紹，每年，譜儀系統(tǒng)后臺收集的數據總量有上百萬億字節(jié)，需要上萬個中心處理器同時展開數據處理。合作組的軟件組研究人員要用大約一年的時間進行數據校準，才能真正提供給科研人員開展后續(xù)研究。
這些數據共享給來自16個國家、84個研究機構的500余位科研人員。北京譜儀實驗擁有目前國內正在運行的最大國際合作組。利用裝置產出的科研數據，科研合作組已發(fā)表了500余篇高水平科研論文。
今年6月，裝置“撞”出的一項成果登上了《自然》雜志。科研合作組利用北京譜儀Ⅲ收集的13億個J/psi粒子衰變事例，完整干凈地重建出7萬余個處于量子相干狀態(tài)的正反科西超子對，完成了世界上最精確的正反科西超子衰變參數和不對稱性測量。目前，北京譜儀Ⅲ歷時4個月完成了約100億個J/psi粒子的獲取，科研人員期待進一步改進測量的精度。
李海波自豪地說：“我們已經站在了世界的最前沿。在這個能區(qū)，國際上沒有第二臺同類型的裝置。”預計到2024年，北京譜儀將再升級?！拔锢硌芯坑謺_辟出一片新的、從沒有任何一個實驗研究過的領域。”呂曉睿說。
記者手記
在北京譜儀Ⅲ控制室采訪的過程中，一連串高深的名詞理解起來頗具挑戰(zhàn)?？蒲腥藛T說，高能物理是典型的基礎研究領域，對于未知的探索，是推動科技發(fā)展的根本源動力，只有在基礎研究中取得突破，重大的技術創(chuàng)新才能有穩(wěn)固的支點。
30余年間，無言中誕生出最閃亮的火花?？蒲腥藛T用心呵護著北京正負電子對撞機和北京譜儀，不斷升級裝置。
北京譜儀控制室跳動的數據，是科研人員潛心基礎研究的一個縮影。近年來，北京的大科學裝置建設加速，高能同步輻射光源、極端綜合條件實驗裝置等一批國家重大科技基礎設施接連落地北京懷柔科學城，將加快推動世界級原始創(chuàng)新承載區(qū)建設。具有世界先進水平的重大科技基礎設施群，將提升我國在交叉前沿領域的源頭創(chuàng)新能力和科技綜合實力，為超前探索提供實證和珍貴數據。
