在高能物理的神秘世界里，北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)如同一個(gè)微觀世界里的“粒子工廠”，在這里，正負(fù)電子像兩列高速列車以接近光速迎面對(duì)撞。當(dāng)這些高速粒子相遇時(shí)，會(huì)發(fā)生怎樣的奇妙變化？撞出去的粒子又去哪了？讓我們一探究竟。

正負(fù)電子對(duì)撞的“魔法”時(shí)刻

正負(fù)電子在北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)240米長的真空儲(chǔ)存環(huán)中，被加速到接近光速后，通過精確控制的磁場引導(dǎo)，在指定點(diǎn)發(fā)生對(duì)撞。對(duì)撞后的正負(fù)電子，它們會(huì)瞬間湮滅，但并沒有“粉身碎骨”，而是遵循愛因斯坦的質(zhì)能方程（E=mc2），瞬間轉(zhuǎn)化為純粹的能量，又在量子漲落中“變”為新的粒子——可能是μ子、π介子、K介子，甚至是罕見的J/ψ粒子或新物理信號(hào)。這一過程如同“物質(zhì)-能量-物質(zhì)”的魔法，卻嚴(yán)格受自然法則支配。

粒子的“逃亡”與“落網(wǎng)”

新粒子誕生后，攜帶能量向四面八方開始“大逃亡”，但壽命極短（如π±介子僅2.6×10-8秒，即π±介子經(jīng)過一億分之一秒就衰變?yōu)槠渌Ｗ樱?。但它們無法逃脫科學(xué)家布下的“天羅地網(wǎng)”——北京譜儀Ⅲ（BESⅢ）。這臺(tái)重達(dá)600噸的探測(cè)器如同一個(gè)巨型洋蔥，層層包裹對(duì)撞點(diǎn)。它就像一個(gè)超級(jí)“照相機(jī)”，能夠捕捉到這些高速粒子的軌跡、能量和種類。

粒子去向的科學(xué)意義

對(duì)撞產(chǎn)生的粒子信息被轉(zhuǎn)化為海量數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理和分析?？茖W(xué)家們利用這些數(shù)據(jù)，可以“重建”出對(duì)撞過程，了解粒子的性質(zhì)和反應(yīng)機(jī)制。

例如，2024年，北京譜儀III合作組曾首次測(cè)得X(2370)粒子的量子態(tài)性質(zhì)，其質(zhì)量、產(chǎn)生和衰變性質(zhì)與人們長久以來尋找的膠球特性一致。這一發(fā)現(xiàn)成為支持膠球存在的強(qiáng)有力實(shí)驗(yàn)證據(jù)，為理解強(qiáng)相互作用提供了新視角。在2022年，依托北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的北京譜儀III實(shí)驗(yàn)，科研合作組完成了世界上最精確的正反科西超子衰變參數(shù)和不對(duì)稱性測(cè)量，為正反物質(zhì)不對(duì)稱性的探索開創(chuàng)了新的實(shí)驗(yàn)方法。

結(jié)語

北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)撞出去的粒子，最終都落入了北京譜儀這個(gè)敏銳的“眼睛”，化作科學(xué)家們解讀宇宙奧秘的密碼。這些粒子看似“消失”，實(shí)則卻成為人類探索微觀世界的重要證據(jù)。BEPC的終極目標(biāo)并非“捕捉”粒子，而是解碼物質(zhì)本源。每一次對(duì)撞，都是在為人類知識(shí)的版圖增添新的邊疆，讓我們對(duì)這個(gè)由基本粒子構(gòu)成的宇宙有更深入的理解。這些“撞出去的粒子”已成為“科學(xué)寶庫”和書寫宇宙的語言。因?yàn)?，下一次?duì)撞的火花，或許就是打開新物理大門的鑰匙。

正如鄧小平同志在1988年視察北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)工程時(shí)所言：“中國必須在高科技領(lǐng)域占有一席之地?！比缃瘢本┱?fù)電子對(duì)撞機(jī)及其后續(xù)改造工程BEPCII，正持續(xù)為我國在高能物理領(lǐng)域的國際領(lǐng)先地位提供強(qiáng)大支撐。

出品：科普中國

作者：楊超（深圳理工大學(xué)科普主管、中國科普作家協(xié)會(huì)會(huì)員）

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