人们不愿意相信,
一个学者是纯粹的,
人们更愿意相信他是黑暗的,
人们特别愿意相信,
他的言行,
都是他妈的利益交换。

关于对撞机本身的讨论已经有很多了,我就借着这个机会分享一下高能所在建或者已经建成并投入运行的大科学装置[1]:

1、北京正负电子对撞机(BEPC)[2]

1972年8月,张文裕等18位科技工作者给周恩来总理写信,反映对发展中国高能物理研究的意见和希望。1972年9月11日,周恩来总理在复信中指示:“这件事不能再延迟了。科学院必须把基础科学和理论研究抓起来,同时又要把理论研究与科学实验结合起来。高能物理研究和高能加速器的预制研究、应该成为科学院要抓的主要项目之一。”
北京正负电子对撞机总投资为2.4亿元,于1988年10月在中国科学院高能物理所建成。北京正负电子对撞机工程于1988年10月首次实现正负电子对撞。该工程主要包括对撞机(BEPC)、北京谱仪(BES)和同步辐射装置(BSRF)。1991年,国家计委正式批准成立北京正负电子对撞机国家实验室。
BEPC以及后来改造升级的BEPCII取得了一批在国际高能物理界有影响的重要研究成果,如:τ轻子质量的精确测量、20-50亿电子伏特能区正负电子对撞强子反应截面(R值)的精确测量、发现“质子-反质子”质量阈值处新共振态、发现X(1835)新粒子等,引起了国内外高能物理界的广泛关注。北京正负电子对撞机是当时世界上唯一在τ轻子和粲粒子产生阈附近研究τ-粲物理的大型正负电子对撞实验装置,也是该能区迄今为止亮度最高的对撞机。
北京谱仪(探测器)与北京同步辐射装置作为对撞机整体的一部分,这里就不单独说明了。

2、中国散裂中子源[3]
中国散裂中子源是国家“十一五”期间重点建设的十二大科学装置之首,由中国科学院和广东省人民政府共同建设,总投资约23亿元是继英国散裂中子源、美国散裂中子源和日本散裂中子源之后,全世界第四台脉冲型散裂中子源。
普通的显微镜是通过光的反射来看物体,更进一步的电子显微镜则是通过发出电子,通过电子与物质的相互作用来观察物质。而中国散裂中子源,则是将质子加速到16亿电子伏特,速度相当于0.9倍光速,把质子束当成“子弹”,去轰击原子系数很高的重金属靶,金属靶的原子核被撞击产生中子,射向样品,科学家通过围绕样品的谱仪“收集”被散射的中子,获得样品物质结构的信息。空客A380机翼的铆接工艺,是在散裂中子源上试验不同的焊接和铆接方法,得到最优化的工艺。1998年德国高铁事故,科学家利用中子散射对车轮进行研究,最终找到解决方案。
中国散裂中子源的建设涉及大量先进技术,攻克了众多技术难题,设备国产化率超过90%。
- 2011年10月,工程奠基典礼
- 2014年10月,加速器首台设备进入隧道安装
- 2017年8月,散裂中子源首次打靶成功,顺利获得中子束流
- 2018年8月,中国散裂中子源顺利通过国家验收
- 2018年9月底,中国散裂中子源正式对国内外用户开放。

3、大亚湾中微子实验[4]

简而言之,这个实验借助大亚湾核电站产生的中微子,对中微子的性质进行测量。具体来说,大亚湾反应堆中微子实验是一个前期研究中的中微子振荡
- 2003-2006年,各方探讨可能性
- 2006年4月10日,大亚湾实验现场地质勘探通过专家评审,中科院批准了5千万元实验资金,标志该项目正式启动
- 2007年1月4日,科技部正式批准“大亚湾反应堆中微子实验”项目立项
- 2011年12月24日,大亚湾中微子实验开始运行
- 2012年3月8日,王贻芳
宣布:大亚湾中微子实验成功发现了中微子的第三种振荡模式,并测量到其振荡几率。这一成果入选《科学》杂志评选的“2012年度十大科学突破”,并被国外同行誉为“中国有史以来最重要的物理学成果” - 2020年12月,大亚湾中微子实验停止运行
4、江门中微子实验[5]
江门中微子实验也是一个中微子的实验,主要用于测定中微子质量顺序、精确测量中微子混合参数,并进行其它多项科学前沿研究。

江门中微子实验2015年开始建设,计划2023年底建成并开始运行取数。建设内容包括:位于地下700米的地下洞室、大型的水池、一个装满2万吨液体闪烁体和光电倍增管的中微子探测器以及少量配套的设施。
5、硬X射线调制望远镜[6]
硬X射线调制望远镜卫星

6、高海拔宇宙射线观测站[7]
高海拔宇宙线观测站(Large High Altitude Air Shower Observatory,LHAASO,音译为“拉索”)项目是国家重大科技基础设施建设项目,其在国务院发布的《国家重大科技基础设施建设中长期规划(2012-2030年)》中被列为16个优先安排的重大项目之一,于2015年12月31日获得国家发改委批准立项。
发展历程:
- 2009-2014年,各方探讨
- 2015年12月31日,LHAASO项目建议书获得国家发改委批复,项目正式立项
- 2016年8月,LHAASO地方配套建设工程动工
- 2019年4月,LHAASO首批探测器正式投入科学观测
- 2021年5月,LHAASO基于已经建成的1/2规模探测装置在银河系内发现大量超高能宇宙加速器,并记录到能量达1.4拍电子伏的伽马光子(拍=千万亿),这是人类观测到的最高能量光子,突破了人类对银河系粒子加速的传统认知,开启了 “超高能伽马天文学”时代。这些发现于2021年5月17日发表在《Nature》(自然)
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LHAASO位于四川省稻城县海子山,占地面积达1.36平方公里,海拔为4410米。其核心科学目标是探索高能宇宙线起源以及相关的宇宙演化、高能天体演化和暗物质的研究。具体的科学目标是:
- 探索高能宇宙线起源。通过精确测量高能伽马源宽范围能谱,研究高能辐射源粒子的特征,探寻银河系内重子加速器存在的证据,在发现宇宙线源方面取得零的突破;精确测量宇宙线能谱和成分,研究宇宙线加速和传播机制
- 开展全天区伽马源扫描搜索,大量发现新伽马源,特别是河外源,积累各种源的统计样本,探索其高能辐射机制,包括产生强烈时变现象的机制,研究以超大质量黑洞
为中心的活动星系核的演化规律,捕捉宇宙中的高能伽马暴事例,探索其爆发机制 - 探寻暗物质、量子引力或洛仑兹不变性破坏等新物理现象,发现新规律。
7、高能同步辐射光源[8]
带电粒子在被加速的过程中,会辐射电磁波并损失能量。对于粒子对撞来说,这是坏消息,但是,反过来,这种辐射可以作为一种高质量光源用于其它方面的科学研究,因此,粒子对撞机往往会有一圈配套的同步辐射实验室,当然,也可以专门建一个加速器,只用于产生辐射。
高能同步辐射光源(High Energy Photon Source,HEPS)是国家重大科技基础设施建设“十三五”规划确定建设的十个重大科技基础设施之一,作为第四代同步辐射光源,将是中国拥有的第一台高能量同步辐射光源。

发展历程:
- 2011年,提出相关设想
- 2016年,列入“十三五”规划
- 2017年12月, HEPS项目建议书获得国家发改委正式批复
- 2018年12月,HEPS可研报告获得国家发改委批复
- 2019年6月,动工
- 2021年6月,主环建筑成环亮相
- 2022年12月,HEPS基建总包工程竣工验收
- 2023年2月,储存环隧道开始安装
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