30年來，它一直是北京正負電子對撞機的「眼睛」
科技日報記者 陸成寬
「北京譜儀在τ物理、粲物理、強子物理等方面取得了世界矚目的成果，使中國在世界高能物理領域佔有了一席之地。」
9月5日至6日，北京譜儀物理30周年專題研討會在中科院高能所舉行，李政道在賀信中如此評價北京譜儀。
1984年，北京正負電子對撞機（BPEC）工程破土動工。與這台正負電子對撞機配套的高能物理實驗探測器北京譜儀（BES）同時開始建造。作為正負電子對撞機的「眼睛」，北京譜儀探測並記錄正負電子對撞後發生的全過程，正負電子對撞後產生的粒子要在這裡進行分析、研究。
1988年10月16日，北京正負電子對撞機實現首次對撞，並於12月亮度達到設計指標。1989年4月，北京譜儀推入北京正負電子對撞機的南對撞點投入運行；9月，正式採集數據，開始物理實驗。1991年5月，北京譜儀國際合作組正式成立，BEPC/BES實驗成為首個由中國主導發起的國際大科學實驗。
時光荏苒，北京譜儀由第一代（BES）發展到了第三代（BESIII），30年來北京譜儀實驗取得了一系列令世界矚目的科學成果。
「陶（τ）輕子質量的精確測量和在BEPC所能達到的能區成功地進行了R值掃描測量，這兩個測量的成功一舉確立了BEPC及BES在國際高能物理界的學術地位，也都成為BES及國際高能物理界當年的重大物理成果。」中國科學院院士、中科院高能物理所所長王貽芳在談到北京譜儀早期最受關注的科學成果時表示。
早期最受關注的兩項科學成果
τ輕子質量是粒子物理標準模型的基本參數。BES實驗1992年測到τ輕子質量的精確值，其中心值比以前的實驗結果小7MeV(兆電子伏特)，精度提高了10倍，精確驗證了輕子普適性理論。
「由於過去測到的τ輕子質量值偏高了7 MeV，導致輕子普適性理論是否正確一直存在爭議，而本次實驗說明了輕子普適性理論是毋庸置疑的。」王貽芳說道。
這一成果震撼了國際高能物理界，被認為是1992年國際上最好的粒子物理成果，被評為1993年國際十大科技新聞之一，被PDG（粒子數據組） 確認為粒子物理界重要實驗數據之一。
談到τ輕子質量的精確測量，今年79歲的中科院高能物理所原所長鄭志鵬仍然心情激動，他說：「我在1992年、1993年代表BES合作組分別在海外華人物理大會和國際輕子光子大會上宣布了在BES上進行的τ 輕子質量測量結果，引起了極大的反響。」
作為粒子物理中的一個基本參數，R值在發展粒子物理理論及檢驗標準模型方面起著重要的作用。
在20世紀末，標準模型中與粒子質量起源密切相關的希格斯粒子尚未找到，標準模型預言的希格斯粒子質量與歐洲核子中心的大型正負電子對撞機實驗給出的排除區域結果不符合，使得在實驗上尋找希格斯粒子變得更加撲朔迷離。仔細研究發現，上述預言的不確定性主要來自於5GeV（十億電子伏特）下R 值的測量誤差。
2001年，BESII實驗在2GeV-5GeV能區進行了精確的R值測量，把R值的精度由原來的15%-20%提高到6.6%，成為當時國際高能物理高精度測量前沿的重要成果之一。由此導致對希格斯粒子的質量預期由原來的62GeV變為102GeV，緩解了預期與直接實驗尋找之間的矛盾。2012年發現希格斯粒子，其質量為125 GeV。
「BESII實驗測得的R值結果，為後來在大型強子對撞機上最終發現希格斯粒子提供了重要指導。」王貽芳強調。
不僅僅單純的科學研究項目
事實上，北京譜儀這樣的大型高能物理實驗，不僅僅是單純的研究項目。從實驗探測器、電子學、在線取數系統的設計、建造，到順利運行，在實驗中實現乃至超過探測器系統的設計指標，再到數據分析和成果發表，再包含其中的硬體和軟體升級，這是一個複雜的系統工程。
這樣的大工程的成功，不僅僅體現在各種硬性成果上，而且還體現在成功管理和協調這樣一個國際性大型科研團體的經驗積累、科學文化的建立和這一合作過程中培養和成長起來的大量高能物理人才。
BES實驗也是科技領域國際合作的典範，歷經30年發展至今，北京譜儀國際合作組由最初來自中國的60餘名，美國的20餘名，總共90餘名物理學家，不久增加到約150人，發展到如今BESIII國際合作組來自中國、美國、德國、義大利、英國、俄羅斯、瑞典、日本、荷蘭等15個國家72個研究單位的近500名合作者。「通過國際合作，我們得以建立現代科學文化、加快人才培養、先進技術引進的速度。」王貽芳說道。
以北京譜儀的建設為起點，高能物理實驗領域這30多年逐漸由國際高能物理俱樂部中的一張新面孔，走到了國際高能物理研究舞台的中央。
BESⅢ國際合作組發言人、中國科學院高能物理研究所研究員苑長征表示，BES實驗30年來，一直是我國培養高科技人才的重要基地。BESIII實驗還將繼續運行5-10年，物理研究將繼續保持15年以上，可以期待有更多新的發現和成果。
來源：科技日報 文中圖片由作者提供
編輯：張爽（實習）
審核：管晶晶
