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春节期间,中科院高能所的科学家在做什么?

2022-02-06 23:48     来源:科技日报     直线加速器对撞机北京正负电子对撞机
“大年初四晚8点开始,我在对撞机直线段值夜班。凌晨的时候,听到了一次硬件故障报警声,我确认了故障原因后,设备很快自动恢复正常。”这是新年过后,中科院高能物理研究所助理研究员魏彦茹第一次值夜班,期间她一直关注着直线部分的硬件状态,以确保第二天的电子束流注入能够正常进行。

发现新粒子是高能物理学家共同追求的目标。寻找新粒子的一个重要方法就是把粒子束流加速到接近光速的高能量并进行对撞,而这需要借助巨大的科学装置完成,它就是对撞机。

“我们正在做的实验,是利用北京正负电子对撞机开展τ-粲物理研究,探索物质构成的最小单元。”魏彦茹说。

进入北京正负电子对撞机主控大厅,不断闪烁的对撞机重大改造工程实景沙盘格外引人注目。从沙盘模型上看,北京正负电子对撞机的外形像一支硕大的羽毛球拍,由四大部分组成,包括注入器、储存环、北京谱仪以及北京同步辐射装置。


这个巨大羽毛球拍的球拍把是长202米的直线加速器,即注入器,为储存环提供正负电子束流;球拍框是周长240米的环形加速器,即储存环,正负电子在这里储存、对撞; 北京谱仪位于球拍的顶端,相当于北京正负电子对撞机的“眼睛”,用于捕获对撞产生的次级带电粒子和中性粒子的信息,重建对撞过程,从而研究物质的微观结构,揭开宇宙的奥秘; 同步辐射装置则位于储存环的周围,主要是提供同步辐射光,用于同步辐射研究。

简单地说,北京正负电子对撞机就是一台用于高能物理研究的实验装置,一直在重复进行“对撞、新粒子诞生”这个过程。

“对撞机的实验一旦开始,就需要昼夜不停,无论放假或节日,每天24小时运行,直到实验结束。实验过程中,我们白班夜班倒,每一班至少需要26人值守。”魏彦茹介绍。

多数时间,魏彦茹都在中央控制室值班,这里一般需要两个人。“值班期间,我们得一直盯着控制屏,一个小时左右就要完成一次正负电子束流的注入,注入完成后,还得一直关注并随时调整电子束流的状态和亮度,同时,如果有故障,还需要及时处理。即使是吃饭时间,我们也不能离开,都是食堂工作人员送过来。”魏彦茹说。

对于春节期间加班,魏彦茹的家人也都很支持。“春节期间,我们的实验正常运行,我们根据工作安排正常值班,这是要完成的工作,他们了解我的工作性质。”说到加班,魏彦茹很平静。

有人曾把北京正负电子对撞机形象地比喻为“超级粒子大炮”。其工作原理就像两辆车在不同的轨道相向行驶,并不停地加速,当速度达到接近光速时,调整轨道使得其在指定位置对撞,此时会产生大量的“碎片”,而这些“碎片”就是物理学家所要研究的次级粒子。

“它是利用两个相向而行的正负电子束流进行对撞,利用巨大的相互作用能量,探究物质的微观结构。”魏彦茹说,物理学家的工作就是从实验产生的海量数据中分析出次级粒子的电荷、动量、能量等特性参数,从而揭开微观世界的奥秘。

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