近日，科学界的一场争辩让一个“高冷”名词——对撞机，意外走进公众视野。

9月4日，著名物理学家、诺贝尔奖得主杨振宁发文称，中国今天不宜建造超大对撞机。随之，以菲尔兹奖获得者、哈佛大学数学与物理学教授丘成桐和中科院高能物理研究所所长王贻芳为代表的科学大咖们提出异议。据此，围绕中国要不要建大型对撞机的讨论持续发酵。

这个“惹皱一池春水”的对撞机到底是什么？它是如何工作的？又有何用？日前，《经济日报》记者独家探访北京正负电子对撞机（BEPC），一瞧究竟。

长啥样？

外形酷似羽毛球拍

眼下，中国对撞机正处于舆论的漩涡。不过，周末的北京西郊玉泉路19号乙院，仍是一如既往的安静。

顺着院内的林荫小道，爬上一段缓坡，一片不起眼的低矮小楼映入眼帘，这些小楼的地下隧道就是世界八大高性能加速器之一的北京正负电子对撞机所在地。

秦庆，高能所副所长兼加速器中心主任、高能粒子加速器学家，在这座神秘的地下迷宫已工作了近30年。“北京正负电子对撞机由注入器、输入线、储存环、北京谱仪和同步辐射装置等部分组成。”顺着秦庆手指的方向，记者注意到沙盘上这个闪着红蓝两种光的大科学装置模型：它犹如一个横卧的羽毛球拍，类似圆形的球拍是实际周长240米的储存环，球拍的把柄是实际全长202米的直线加速器，球拍的顶端则是获取对撞数据的核心装置——北京谱仪。

虽然有些“其貌不扬”，但这个“羽毛球拍”要对撞的可不是一般的东西，而是以每秒近30万公里的速度（约等于光速的99．9999%）运动的正、负电子。

随着科学技术的进步，人类对于物质结构的认知从分子、原子、原子核层次，逐步深入到更小的结构单元——电子和夸克。小到灰尘、细胞，大到地球和星系，都以基本粒子作为起点。然而，这些基本粒子并不直接组成物质，它先组成了核子，核子与各种粒子又组成了世间万物。可粒子的质量从何而来，物质的最小单元是什么，有没有其他形式的物质……这些科学问题无从得知。

如何揭开这些谜题？需要对微小的基本粒子进行研究。但这一精细活儿只能让擅长探索微观物质世界的“超强显微镜”对撞机来干。

1962年，第一台正负电子对撞机AdA在意大利弗斯卡蒂实验室建成，周长约4米，只有桌面大小。次年，美国的普林斯顿、斯坦福合作的双环对撞机和前苏联新西伯利亚的VEP-1双环对撞机陆续建成。此后，随着粒子物理的发展，对撞机如雨后春笋出现在各大高能物理实验室。

科学家们这般“前赴后继”其实只为一解心中的谜团。“人类长期以来一直被物质的本性、宇宙的起源、生命的本质、心理的作用等四个问题所困扰，其中前三个问题都与基于加速器（对撞机是加速器的一种）技术的大科学装置的发展紧密相关。”诺贝尔经济学奖获得者赫伯特·西蒙在1986年的一次演讲中公开表示。

咋工作？

粒子光速“狂奔”互撞

可是，对撞机到底是如何工作的呢？在秦庆的带领下，记者走进这座地下迷宫。

只见两排并列的酷似小火车的装置向远方蜿蜒着，其上各种纷繁复杂的各色管线交织在一起。有些不太凑巧，记者来时已持续运行了10个月的北京正负电子对撞机恰逢检修。“正如汽车长时间奔跑需要休息一样，对撞机工作久了也得歇一歇，维修保养下。”秦庆解释。

的确需要歇一歇。1972年，张文裕等18位科技工作者致信周恩来总理，提出建设对撞机的希望。1988年，总投资2.4亿元的北京正负电子对撞机正式开工运行。如今，20多年过去了，这位年事已高的工作者仍未舍得“退休”。

“这是产生电子的电子枪。”一台巨大装置前，秦庆将记者拉回现实：正负电子从直线加速器出来后，经过各自的输运线后储存在环形的高真空管道内，并在各自的轨道以接近光速的速度“狂奔”，科学家们利用电磁场调整其奔跑方向，补充其损失能量，使之在指定的位置上对撞。有着数万个数据通道的北京谱仪，则犹如几万只眼睛，实时观测对撞产生的“碎片”——次级粒子并加以研究。

听起来似乎很简单，不过科学家想要监测到撞出的新粒子或研究次级粒子内部结构却非易事：接近光速的粒子以每秒上亿次的频率不间断对撞，有“价值”的对撞只有几次；同时，粒子相互碰撞的瞬间产生的新粒子，寿命极其短暂且很不稳定，很快就会“衰变”或重组。

困难不言而喻，但这样的挑战于物理学家们而言则是一种乐趣。根据英国物理学家希格斯1964年的猜想，宇宙诞生最初并没有希格斯粒子（科学家按照粒子物理学标准模型预言存在的一种粒子），各种基本粒子都如光子一般，以光速横冲直撞。宇宙诞生十几秒后，希格斯粒子诞生并形成“希格斯场”。除了光子，其他的基本粒子与希格斯粒子发生碰撞后，就如同轻巧的棉花吸饱了水分一般，获得了质量，而速度则慢了下来。但这个让宇宙产生质量被誉为“上帝粒子”希格斯粒子到底存在与否？各国物理学家找了几十年。

2012年，希格斯粒子在欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（LHC）的实验中被发现，至此，当代粒子物理学的基石——标准模型预言的所有粒子均被发现。

有何用？

微观模拟宇宙大爆炸

希格斯粒子的“惊鸿一瞥”，似乎为标准模型画上了一个圆满句号，不过喜欢刨根问底的物理学家们仍感觉有些“美中不足”：虽然标准模型在解释对撞机的实验现象时犀利无比，但它无法解释暗物质、暗能量、真空能、宇宙演化、宇宙中物质的正反不对称性等一系列基本问题。

而对希格斯粒子的进一步探索，或有可能为上述重大问题提供关键性线索，甚至可能最终解释上述谜团。“借助对撞机实验继续研究希格斯粒子，或有可能揭示暗物质的本质，因为暗物质世界与我们的世界之间，原则上可以通过希格斯粒子进行‘沟通’。”一些物理学家称。

如何与希格斯粒子抑或其他新粒子更有效“沟通”？物理学家们将目光再次对准更高能量的对撞机。因为他们发现对微观物质结构的研究越深入，研究的粒子越小，需要的加速能量就越高，选用的对撞机体积就越大。

“为了解一些粒子内部是否有结构，‘探针’（基本粒子）的波长要小于被探测对象的尺度，否则不能深入到内部，因此必须把粒子加速到几十亿电子伏特以上才行；另一方面，让基本粒子相互碰撞从而产生新的次级粒子，同样需要更大能量的对撞机。”秦庆表示。

现实是，目前的北京正负电子对撞机由于能量有限，无法研究陶-粲能区以外的粒子。规划中的大型环形正负电子对撞机（CEPC）最大的优势则是大量产生希格斯粒子。“它将在微观尺度上还原宇宙大爆炸最初极短时间内的情形，帮助科学家研究宇宙起源，探索物质深层次结构。”秦庆称。

当然，除了用于高大上的科学发现，对撞机在发展过程中也会慢慢惠及民生。比如，北京正负电子对撞机就曾经为抗击与防治SARS做出过贡献。在此，中国科学院院士饶子和利用同步辐射系统在世界上率先完成了SARS病毒蛋白质DNA结构的测定，首次获得了其蛋白酶大分子结构，为医疗机构研究对应治疗药物提供了最重要的依据和条件。

再如，对撞机应用于肿瘤治疗（放疗），已有50余年的历史，其基本原理是利用加速器产生的粒子束或射线的电离作用，最大限度地破坏肿瘤细胞而最少地影响正常组织，这是当前癌症治疗的三大手段（放疗、药疗（化疗）、手术）之一。

“还有，用直线加速器产生高能射线，杀灭肿瘤、为工业食品消毒杀菌、研究蛋白质的三维结构，等等。”秦庆举例说。