北京正负电子对撞机上的强子物理研究

2-5GeV能区正负电子湮没产生强子反应截面（R值）的精确测量 国家自然科学奖二等奖主要人员：赵政国、黄光顺、胡海明、陈江川、吕军光工作起止时间：1996.1～2000.12粒子物理的基本理论是标准模型，其三个支柱是物质结构单元、作用力、质量。

标准模型的预言与迄今为止所有实验结果在测量精度范围内是一致的。

但标准模型的第三支柱是最薄弱的，与粒子质量起源密切相关的Higgs粒子尚未找到。

标准模型本身也还需精确检验。

当前，高能物理实验研究的主要领域有：①高能量前沿：寻找Higgs粒子和其它新粒子；②高精度前沿：精确测量其基本参数和检验标准模型。

在上述两方面研究的理论计算中，强相互作用贡献项都需要将正负电子湮没产生强子截面(R值)作为基本输入量。

原有实验的R值测量结果在2-5GeV能区的低精度状况（误差约为15-20%），带来的理论计算不确定性是对Higgs粒子质量拟合、精确检验标准模型和发现新物理的严重障碍。

在本项目开展的20年里，2-5GeV能区的R值测量没有取得任何新进展。

R值实验是在北京正负对撞机（BEPC）和北京谱仪（BES）上进行的强子产生截面绝对测量。

在2-5GeV能量范围内进行了两轮R实验，共测量了91个能量点，R值的平均误差为6.6%，比国际上原有实验精度提高了2-3倍。

把BES的R值作为输入，理论计算的电磁跑动耦合常数和缪子反常磁矩的精度有很大提高，标准模型拟合对Higgs粒子质量的预言与实验上寻找寻找Higgs粒子的结果相容。

BES的R值测量结果应邀在国际会议上报告29次，其中重大国际会议特邀报告14次。

报道R值的两篇文章分别于2000年和2002年在Physical Review Letters上发表。

2002年国际粒子数据手册（PDG）将多年不变的R值图作了重大改动，增加了BES全部测量结果，国际粒子物理数据库收录了全部R值数据。

从2002年至今所有的高能物理会议都继续引用和评价BES的R 测量结果。

秘密★启用前试题类型：A2023年省际名校联考二（冲刺卷）语文注意事项：1.答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号等填写在试卷和答题卡指定位置上。

2.回答选择题时，选出每小题答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。

如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。

回答非选择题时，将答案用0.5mm 黑色笔迹签字笔写在答题卡上，写在本试卷上无效。

3.考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。

一、现代文阅读（35分）（一）现代文阅读I（本题共5小题，17分）阅读下面的文字，完成1~5题。

在由科幻小说《三体》改编的同名电视剧中，对撞机可以说是最重要的道具了——正是因为“三体人”利用它们的高科技产物“智子”影响了地球上对撞机的实验，使得物理实验结果变得无规律可循，才让一部分科学家的信念崩塌，走上了自绝之路。

那么，对撞机，究竟是个什么机？它对人类有哪些作用呢？对撞机是测量高能粒子实验的仪器，目的是要发现"新物理-新粒子"，包括场能效粒子-超对称粒子-超额维度量子等。

作为粒子物理学最重要的研究设施，对撞机能够直接决定粒子物理学大多数研究方向的发展水平。

那么，作为真实存在的科研设备，对撞机对人类有哪些作用呢？作为粒子物理学最重要研究设施的对撞机，能够直接决定粒子物理学大多数研究方向的发展水平。

而粒子物理学的研究，则会直接面对物质最基本的组成成分，以及物质间的最基本的相互作用这样的研究对象。

对物质的最基本的成分和相互作用的探索不仅可以满足人类的好奇心，也会为未来几十年甚至上百年后的应用储备知识。

在一个科学技术健康发展的社会，基础科学的研究水平应该是超越当前时代的。

也只有如此，能够影响人类生活的技术才能在有科学理论指导的情况下发展。

也正是因为这样，《三体》小说和电视剧才会有"三体人"利用干扰对撞机实验来"锁死"人类科技的情节。

然而，对撞机不仅仅能够对粒子物理学研究起到至关重要的作用。

粒子物理实验中新粒子探索研究进展当前，粒子物理学研究中，对新粒子的探索一直是科学家们关注的焦点。

在国际上，通过大型加速器实验、探测器仪器的更新等手段，我们对新粒子的探索和研究取得了长足的进展。

本文将介绍目前粒子物理实验中新粒子探索的研究进展。

首先，我们来介绍一下粒子物理实验中的两个重大项目：欧洲核子中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）和美国费米国家加速器实验室（FNAL）的德州巴图林实验室（Tevatron）。

这两个实验装置是目前粒子物理研究的重要平台。

在LHC实验中，科学家们通过高能强子对撞，以期观测和探索新粒子的存在。

其中最令人兴奋的发现是2012年的希格斯玻色子，通过ATLAS与CMS两个实验团队的对撞机实验，最终得出希格斯玻色子的发现。

希格斯玻色子的发现意味着标准模型中的最后一种基本粒子被找到，也为我们进一步探索宇宙演化的奥秘提供了新的线索。

此外，LCH实验还通过KMI合作者提供的700多TB的数据，共同研究了诸如重子、质子蓝点、衰变等问题。

还有一些其他的探索项目，如寻找暗物质粒子等，也在进行中。

而Tevatron实验室则曾是全球最大的强子对撞机，通过Tevatron取得的研究成果丰富多样。

例如，2008年，Tevatron实验室的D0实验组宣布，他们在数据中发现了一种在标准模型中没有被观测到的粒子——轻子-轻子强子(Light-Light Flavor)粒子。

这一发现对于进一步研究弱相互作用和强相互作用等物理过程起到了重要的作用。

Tevatron实验室的成果为整个粒子物理学领域带来了突破性的发现，我们期待更多的研究成果。

除了上述实验平台外，国际粒子物理学界还有不少其他颇具影响力的团队和实验。

例如，位于中国的北京正负电子对撞机（BEPC）通过电子-正电子对撞研究，取得了一系列重要研究成果。

例如，诺贝尔奖获得者杨振宁等科学家在BEPC上成功地对正负粒子进行深入研究，对研究宇宙学、物理学等领域的发展起到了积极的推动作用。

正负电子对撞机概况正负电子对撞机简称:BEPC正负电子对撞机是世界八大高能加速器中心之一。

正负电子对撞机〔BEPC〕是我国第一台高能加速器，是高能物理研究的重大科技根底设施。

由长202米的直线加速器、输运线、周长240米的圆型加速器〔也称储存环〕、高6米重500吨的谱仪和围绕储存环的同步辐射实验装置等几局部组成，外型象一只硕大的羽毛球拍。

正、负电子在其中的高真空管道内被加速到接近光速，并在指定的地点发生对撞，通过大型探测器--谱仪记录对撞产生的粒子特征。

科学家通过对这些数据的处理和分析，进一步认识粒子的性质，从而揭示微观世界的奥秘。

正负电子对撞机核心局部正负电子对撞机是1984年作为国家重点工程之一确定的中美科技合作项目，总投资为2.4亿元，由中科院高能物理所负责建造。

工程建筑总面积达57500平方米，形似一个巨大的“羽毛球拍〞，由电子注入器、储存环、探测器、核同步辐射区、计算中心等5个局部组成。

[编辑本段]建设工程早期工程1972年8月，X文裕等18位科技工作者给周恩来总理写信，反映对开展中国高能物理研究的意见和希望。

1972年9月11日，周恩来总理对关于建设中国高能加速器实验基地报告的复信中指示：“这件事不能再延迟了。

科学院必须把根底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。

〞1973年初，经国家批准，中国科学院高能物理研究所正式成立。

1975年3月，国家计委向国务院提出了《关于高能加速器预制研究和建造问题的报告》〔七五三工程)。

刚刚复出主持中央工作的小平同志同意了这个报告,并转送周总理批示。

1977年，同志在国家科委、国家计委《关于加快建设高能物理实验中心的请示报告》〔八七工程〕上批示：“拟同意〞。

1981年1月，国家计委决定停止十三陵“高能物理实验中心〞的筹建工作(即八七工程)，对玉泉路高能加速器预制工程提出调整方案。

热点3 科技前沿热点回顾1.2008年10月7日北京时间下午5点45分，瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布，将本年度的诺贝尔物理奖的一半授予美国芝加哥大学的南部阳一郎，以表彰他发现了亚原子物理中对称性自发破缺的机制，奖项的另一半由日本高能加速器研究机构的小林诚和京都大学的益川敏英分享，以表彰他们发现了对称性破缺的起源，并由此预言了自然界中至少三个夸克家族的存在。

2.北京时间9月10日强子对撞机（LHC）进行了第一次主要测试并成功实现了第一束质子束流贯穿整个对撞机。

LHC将把质子加速到具有巨大的能量并进行对撞“粉碎”，从而模拟大爆炸后不足十亿分之一秒的情况。

3.2008年7月22日，北京正负电子对撞机重大改造工程（BEPCII)取得重要进展——加速器与北京谱仪联合调试对撞成功，并观察到了正负电子对撞产生的物理事例。

改造后的北京正负电子对撞机将在世界同类型装置中继续保持领先地位，成为国际上最先进的双环对撞机之一。

热点串讲热点类型一信息的筛选与再利用【创新1】物理学中的对称性意味着守恒律的出现。

当系统由于某种原因失去了原有的对称性后，一定会进入到另一个与以前完全不同的状态，这就是对称性破缺的概念。

比如，水是各向同性流动的液体，水分子在水中沿各个方向运动皆可，但当温度下降到零度以下时，水结成了冰，水分子在冰中按一定的择优方向排列，形成了冰的几何结构，对称性降低，不再保持原来水中各向同性的对称性，即发生了对称性破缺。

通过材料中给出的信息，下列现象中发生了对称性破缺的是（）A.墨汁滴在水中，到均匀地扩散到水中的过程B.电磁铁通电前后，电磁铁内的分子电流取向由杂乱元章变为具有相同的取向C.当某密闭容器中的空气被完全抽出一半D.当温度降低到临界温度以下，超导材料的电阻消失【精析】本题考查学生学习新知识的能力，通过所给信息及所给的事例，形成对“对称性破缺”的理解，对经出的现象作出判断。

解答：BD从信息中可知：物体不再保持各向同性的对称性，则可以说是发生对称性破缺。

强子对撞机工作原理
强子对撞机是由欧洲核子中心建造的一台大型粒子加速器，它的主
要作用是加速质子，两束高速运动的质子在加速器的环形管道内发生
对撞，从而产生许多稀有的粒子。

下面是强子对撞机的工作原理和过程。

1. 粒子加速
强子对撞机的加速过程包括数个步骤的加速器，最终将质子加速到近
光速的速度。

首先，正负电子通过电场加速器加速，随后进入线性加
速器。

在达到一定能量后，粒子进入弯曲磁场区域，使得粒子的轨迹
保持在环形轨道上。

因为电子质量小，粒子的轨迹较为稳定，但质子
则需要得到更高的加速度，这就需要更强的磁场。

2. 对撞
当两束速度极高的粒子以非常高的速度在环形管道内相撞时，它们中
的许多粒子会发生相互作用，产生新的、更小的粒子。

这个过程很类
似我们日常生活中喝咖啡时，咖啡和奶泡会融合在一起，生产出更小的、更复杂的分子。

在强子对撞机中，两束高能粒子以相反的方向在
管道中运动，当它们在加速管道的交点处相撞时，能量就会释放出来。

3. 剖析
强子对撞机的目的是生产出许多新的粒子，因此剖析是重要的工作。

在对撞后，会有大量的能量积累在相互作用的点附近，这些能量转化
成一个个新的次级粒子。

剖析就是通过一系列的探测器、磁铁和粒子
识别技术来识别和记录这些次级粒子。

这些信息通过电脑程序处理和分析，来获得对强子结构和相互作用的重要数据和信息。

以上就是强子对撞机的工作原理和过程。

粒子物理学家利用这样的设备来进一步研究微观世界的奥秘，探索原子核构成的基础以及更加深入的宇宙结构。

正负电子对撞机的应用及发展趋势正负电子对撞机（Electron-positron collider，简称EPC）是一种重要的高能物理实验设备。

通过把高能电子和正电子束对撞，EPC可以产生高能、高亮度、纯净的粒子束，从而展开诸如粒子物理、核物理、凝聚态物理等方面的重大实验。

本文将对EPC的应用及发展趋势进行讨论。

一、EPC的应用1. 粒子物理学EPC的最主要应用便是粒子物理学。

在EPC中，电子和正电子束高速运动，相遇后便会以非常高的能量产生各种粒子。

科研人员可以通过观测、记录这些粒子的运动、性质等数据来研究物质的基本组成和相互作用规律。

例如，EPC被用来探测希格斯玻色子等粒子，揭示了宇宙中某些奥秘。

2. 核物理学EPC也可以被用于核物理学研究。

通过对撞过程中产生的强子和仪器探测得到的数据，科学家可以研究强子系统的相互作用，以便更好地了解核反应和核结构。

由于EPC技术的飞速发展，现今的EPC比以往的同类设备运行时间更长，数据精度更高，为核物理学家们提供了更优质的实验条件。

3. 凝聚态物理学EPC也可以在凝聚态物理学中使用。

在EPC中，粒子撞击产生的强磁场可以导致超导材料的磁滞现象。

这些现象可以被用来研究超导材料的性质、结构等方面，并有助于研究新型超导材料的制作和应用。

二、EPC的发展趋势EPC技术的发展一直在不断地推进，有以下几个发展趋势。

1. 大规模工程随着技术的突破，EPC的设计越来越大规模化。

以欧洲核子研究组织（CERN）的LHC为例，该装置拥有27公里的环形隧道，是目前最大的粒子对撞机。

在未来，科学家或将建造更大型、更高能的EPC，以便揭示更多的宇宙奥秘。

2. 变电机制目前，很多EPC都采用了变电机制。

例如，北京的BEPCⅡ采用了全电压调制的变电机制。

这种技术能够实现更好的粒子束质量、束流强度，同时减少了射手误差，提高了实验的准确度和稳定性，有助于实验结果的精确性和可靠性。

3. 周期加速器周期加速器（Ring-accelerator）是EPC比较主要的加速设备，它能够提高粒子的能量。

中国粒子对撞机曝光：迄今世界最大
2014-07-24 15:29:55 作者：小路编辑：小路
欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（LHC）是迄今为止世界上规模最大的粒子对撞机。

但据外媒报道，中国北京高能物理研究所正在筹备一个两倍于LHC的环形粒子对撞机。

据了解，LHC的周长有27公里，能够产生14 TeV的对撞能量，这足以让科学家发现希格斯玻色子（上帝粒子）的存在。

而根据报道，中国将要修建的对撞机周长达到了52公里，对撞能量高达70 TeV。

按计划，中国的对撞机将在初期阶段只针对电子，且对撞能量仅有能量240 GeV，而后期则逐渐开足马力进行质子对撞。

预计中国的对撞机将在2028年投入使用，耗资30亿美元，目前尚不清楚这是否是一个与国外同行携手进行的联合项目。

值得一提的是，美国和欧洲已经开始筹备周长100公里，碰撞能量100 TeV的超级粒子对撞机。

北京正负电子对撞机北京正负电子对撞机：揭开宇宙奥秘的大型科学装置引言：北京正负电子对撞机（Beijing Electron-Positron Collider，简称BEPC）是中国科学院高能物理研究所（IHEP）于1984年建设的一座大型科学装置。

作为我国高能物理研究的重要平台，BEPC在研究基本粒子和宇宙奥秘的过程中发挥着重要作用。

本文将介绍BEPC的基本原理和科学意义，并探讨其在国际合作和未来发展中的地位。

一、基本原理BEPC由正负电子对撞机和两个相互垂直的环形加速器组成。

其中，正负电子对撞机采用脉冲线能量储存环的设计，电子从加速器进入储存环后，不断在环内加速，并在两个同心圆环中进行对撞实验。

这样的设计使得BEPC能够在较低能量下进行实验，从而降低对装置要求和成本。

二、科学意义1. 探索基本粒子的性质BEPC是对基本粒子性质进行研究的重要工具。

在BEPC中，电子与正电子（反电子）在对撞时会相互湮灭，产生出相应的粒子和反粒子。

通过观测和分析产生的粒子特性，研究人员能够更加深入地了解基本粒子的性质。

例如，通过BEPC的实验，科学家们发现了J/Ψ介子和τ轻子，这些发现对于粒子物理学的发展起到了重要作用。

2. 研究强相互作用和弱相互作用除了探索基本粒子的性质，BEPC还可用于研究粒子之间的相互作用。

例如，可以通过对撞实验研究强相互作用和弱相互作用的发生机制和性质。

这有助于人们更好地理解宇宙中的各种现象和物质组成，并推动相关领域的研究。

3. 探究宇宙奥秘BEPC可以帮助研究人员更好地探究宇宙的奥秘。

通过对撞实验，BEPC能够再现宇宙大爆炸时的高能环境，并模拟宇宙形成和演化的过程。

这将帮助人们更好地理解宇宙起源和演化的机制，探索宇宙中黑暗物质等未知物质的性质，并解答一些关于宇宙结构和演化的重要问题。

三、国际合作与未来发展BEPC作为我国高能物理研究的重要平台，已经与国际上的许多高能物理研究机构建立了广泛的合作关系。