北京正负电子对撞机达成升级工程设计指标 BEPCⅡ峰值亮度和积分亮度提升3倍以上

 在国际高能物理舞台上,一项来自中国大科学装置的重大进展悄然刷新了技术刻度。2026年4月28日,北京正负电子对撞机(BEPCII)在一片数据闪烁的监控屏前,交出了一份令人振奋的答卷——峰值对撞亮度达到1.112×10^33 cm⁻^2s⁻^1.峰值亮度和积分亮度均较升级前提升3倍以上,圆满达成“对撞能量和取数效率升级”工程的全部设计指标。这一成果标志着这台在τ轻子与粲粒子能区运行的装置,已在国际竞争中站稳了全新的性能高地。对撞亮度可以通俗地理解为粒子对撞的“密集程度”:亮度越高,产生稀有粒子事例的机会就越大,科学家就越有可能从海量数据中捕捉到那些转瞬即逝的微观现象。如今,BEPCII以更高的清晰度和更强的能力,准备迎接下一轮基础物理的前沿探索。

 3倍亮度的背后——对撞密度与取数效率的双重跃迁

 从宏观对比来看,升级前后的BEPCII形成了鲜明的进阶式差异。在提升计划实施之前,装置运行上限大致维持在相对较低的水平;而在注入诸多尖端技术改进后,不仅峰值亮度实现超过3倍的跨越,能够更高效地集中在2.35 GeV的最优峰值能量上稳定运行,同时积分亮度的大幅跃升也让科学家得以在更短时间内积累更大样本的数据,显著提升了采集效率。这就好比调高了一台天文相机的感光能力——既能看到更暗弱的天体,又能以更快速度记录宇宙高清影像。如果说此前BEPCII像一支精准的猎枪,每一次触发的目的都是为了探索粲偶素、τ轻子等粒子的精细结构,那么升级完成后的它已经变成了一台连续火力更强、命中率更高的崭新工具。

 以升级前后的用户应用为例,先前在3.097 GeV研究的粲偶素态数据积累需要持续数月才能获得足够统计学意义的样本,现在可在同等时间内获取2到3倍的统计数据量,从而极大缩短了某些稀有衰变模式的验证周期。这一改进大大降低了长时间取数中的随机误差和机器不稳定性的干扰,为主攻奇特强子态和中子电磁结构精准测量的科学家铺设了一条更为通畅的积木式技术通道。

 关键的攻坚——自主研制,硬件层层闯关

 全新指标的达成绝非一蹴而就。升级工程于2021年7月29日正式立项,项目团队随即面对核心设备研制难度极大、研发周期异常紧张等迫切问题。在困难重重的环境下,科研人员发扬自力更生的攻关精神,历时三年,完全依靠自主技术力量完成了射频超导模组、组合型超导磁铁、金属条型注入冲击磁铁以及新型光子吸收器等一批核心设备的研制迭代,同期还将直线加速器的能量大幅提升,全面夯实了装置实现高产运行的硬件基础。

 2024年7月至12月,升级工程高效地完成了所有新设备的隧道内安装,之后转入调试阶段。2025年,直线加速器于年初1月2日开始带束运行,储存环在当年5月2日正式启动,全系统进入综合测试过程。同年5月17日,装置正式启动了北京谱仪Ⅲ的取数程序以及北京同步辐射装置兼用光实验,用一年的时间持续精细优化各组参数。种种日新月异的进展,都为今年4月28日最终冲顶奠定了扎实基础。最终在2.35 GeV稳定运行中,以1.112×10^33 cm⁻^2s⁻^1的峰值亮度圆满完成任务,成为迄今为止该能区装置运行的巅峰节点。

 科学价值与开放共享——粒子物理与同步辐射的双轮驱动

 作为世界八大高能加速器中心之一和我国第一台高能加速器,BEPCII是集高能物理前沿实验和同步辐射多学科应用于一体的巨型科学平台。该大科学装置由长202米的直线加速器、输运线、周长240米的圆形储存环、高6米重500吨的北京谱仪以及围绕储存环的同步辐射实验装置等几部分组成,外型犹如一只硕大的羽毛球拍。作为目前国际范围内唯一运行在τ 粲能区的高能物理实验装置,BEPCII一直肩负着强子物理和粲偶素谱学等重大课题的真理性检验任务。借助此次升级的突破,北京谱仪Ⅲ实验将打开全新的实验窗口,以前所未有精度进行粲强子弱衰变、奇特强子态和多夸克胶球态的寻找\[8†L5-L6\]。放眼2026年接下来的运行周期,科学家相信高亮度能够持续地在发现新粒子、精确检验标准模型等领域产出更具颠覆性的成果。同时,升级版装置对于北京同步辐射装置而言,将更好地扮演“兼用光”实验的角色——提供宽覆盖的高通量真空紫外和硬X射线辐射,广泛支撑凝聚态物理分析、生命大分子结构解析和环境科学中污染溯源等交叉研究\[14†L8-L9\]。这就意味着BEPCII既是一柄捣碎微观世界迷雾的重器,也是跨学科前沿研究的极亮光柱,源源不断地散发基础研究的新热量。未来,项目团队将持续深挖装置性能潜力,进一步优化束流品质与精细调节运行参数,让这一核心大科学平台持续发挥国家基础设施的引领作用,奋力支撑粒子物理前沿基础研究和关键核心技术攻关,托举起中国基础科学创新的未来。

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