與正負電子對撞機一起過年 叩擊微觀世界大門
在北京西郊地下,占地5.75萬平方米的北京正負電子對撞機(BEPC)正在運行著。202米長的直線加速器通過兩條輸運線連接著周長240.4米的環(huán)型加速器,正負電子束會被加速到符合實驗需求的能量,最終抵達最南側的對撞點。
這里在進行的,是物理學最微觀也最前沿的基礎研究。正負電子對撞機是為基礎粒子物理研究而建造的粒子加速器,粒子加速器不僅是進行高能物理、原子核物理、生命科學、材料科學等多種基礎科學研究的重要實驗裝置,而且在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生、工業(yè)輻照、航天等領域,也有著廣泛的應用前景。
2月2日凌晨,在北京正負電子對撞機的中控室里,一字排開的電腦屏幕上不斷有數(shù)字跳動,展示著對撞機的運行情況。墻壁上的一排屏幕則分別可以看到不同系統(tǒng)的運行情況。
2時10分,一條原本在屏幕上規(guī)律波動的紅線(正電子流強曲線)突然急轉直下,落到了屏幕最下方。值班的工作人員立刻緊張起來,這意味著機器出現(xiàn)了故障。經(jīng)過排查,工作人員發(fā)現(xiàn)加速器真空管道上第二區(qū)段兩道真空閥門落了下來,阻斷了從這里通過的正電子束。
幸好,故障沒多久就自動排除,屏幕上,正電子束的曲線恢復了正常。
據(jù)中國科學院高能物理研究所加速器中心的研究人員尹頔解釋,有時候,故障可以像這次這樣自主排除,有時就需要技術人員干涉了。
“大裝置里有很多次級系統(tǒng),比如高頻系統(tǒng)、低溫系統(tǒng)、束測系統(tǒng)、電源系統(tǒng),等等。大多時候都在穩(wěn)定運行,偶爾會出現(xiàn)突發(fā)故障。每一個系統(tǒng)對對撞機來說都很重要,有時候是單獨出現(xiàn)故障,有時候它們可能比較復雜,這就要依靠我們運行值班人員去判斷?!币E對中青報·中青網(wǎng)記者說。
今年過年期間,尹頔也和前兩年一樣,陪著這臺對撞機一起過年。獨自住在員工宿舍的他還記得,每年過年,單位的員工餐里都會有餃子。
身為90后的魏彥茹,老家在河北,已經(jīng)多年沒能回老家,準備在今年的兩次值班間隙,抽空回去兩天,陪一陪自己70多歲的母親。
“主要是因為故障有突發(fā)性,所以需要我們值班人員時刻關注,保持積極的狀態(tài)?!币E說,“我們就是堅守在科研蜂巢里的‘工蜂’?!?/p>
同樣作為一個90后,尹頔有時會用更活潑的方式,向別人解釋自己工作的地方是干什么的:“就是那個在超級英雄電影里讓閃電俠變成‘閃電俠’的地方。”朋友們也跟他開玩笑:“你會不會也變成‘閃電俠’?”
當尹頔看到這些超級英雄電影里實驗裝置出故障的劇情,他的第一反應是“太夸張了”“有BUG”,雖然現(xiàn)實當中沒有出現(xiàn)過這樣嚴重的故障,但是依然會思考如果自己在現(xiàn)場,該怎么處理,怎么排障?!翱措娪暗臅r候,我更多會去想怎么能盡快恢復電影里這臺機器的運行狀態(tài)。甚至會想該如何預防,讓這種故障不要出現(xiàn)?!币E說。
作為加速器中心的應急處理“On Call”(待命)人員,尹頔至今記得剛工作時,突然出現(xiàn)一個故障,“有點慌有點怕”,怕自己不知道怎么辦,或者是判斷得不對、不及時。
如今,這個33歲的年輕人已經(jīng)算得上經(jīng)驗豐富,他略帶自豪地告訴記者,其實,“我們的故障率,跟全世界的加速器對比下來,不是很高的”。
這臺北京正負電子對撞機,由注入器、輸運線、儲存環(huán)、北京譜儀和同步輻射裝置等多部分組成。它于1988年10月首次實現(xiàn)正負電子對撞,在2009年9月完成升級改造并正式投入運行,除用于高能物理實驗外,可作為同步輻射光源提供真空紫外到硬X光,開展凝聚態(tài)物理、材料科學、生物和醫(yī)學、環(huán)境科學、地礦資源,以及微細加工技術方面等交叉學科領域的應用研究,達到“一機兩用”。
“每年都有大量的學術論文,基于這些裝置而產(chǎn)生。”魏彥茹有些自豪地對記者說。
據(jù)了解,粒子加速器是一門多專業(yè)交叉融合的綜合性學科,它涉及加速器物理和眾多高精尖技術,其中包括微波、功率源、超導、低溫、超高真空、精密機械、束流診斷、電源、磁鐵、電子學、計算機及網(wǎng)絡、自動控制、輻射防護等。
魏彥茹的專業(yè)正是物理,她告訴記者,如今這臺正在運行的對撞機,在去年還當了一把“網(wǎng)紅”,出現(xiàn)在了科幻電視劇《三體》中。劇中的物理學家楊冬背后,就是這臺對撞機藍色管道的一部分。
與科幻情節(jié)不同的是,現(xiàn)實中的正負電子對撞機并沒有受到外星人的干擾,組成物質(zhì)的最基本的粒子在這里一次又一次對撞,撞出新的實驗數(shù)據(jù)。在這里,粒子物理和核物理的發(fā)展腳步不斷向前,走向無人探尋過的未知領域。
“物理學就是告訴人們,有些問題是可以得到解答的。然后會發(fā)現(xiàn)更多不理解的事情,我們就在探索的路上一直前行?!币E說。
這個年輕人仍然記得,自己為什么會走到這條科研之路上來——為了好奇心。
中青報·中青網(wǎng)記者 張渺 來源:中國青年報
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