在北京玉泉路旁的绿荫深处，一座看似普通的院落地下，隐匿着一台外形独特的巨型科研设备——北京正负电子对撞机。这台周长240米的环形装置宛如一台精密的“粒子加速器”，能够将正负电子加速至接近光速后使其迎头相撞。科学家们通过分析碰撞产生的微观粒子，探索物质世界的基本规律，验证现有物理理论，并寻找尚未被发现的新粒子。
近日，记者走进这座科研重地，探访刚刚完成第二次重大升级改造的北京正负电子对撞机。此次改造后，装置的对撞能量和对撞亮度等核心指标显著提升，性能达到国际领先水平，标志着我国在基础粒子物理研究领域迈出了关键一步。
“这台装置虽然已运行近四十年，但经过两次升级改造，它早已焕然一新。”中国科学院高能物理研究所北京正负电子对撞机运行总指挥于程辉研究员介绍，自2009年首次升级后，该装置成为全球唯一运行在陶-粲能区的对撞机，并在过去十余年中发现了32个全新粒子，这些发现可能颠覆人类对物质底层结构的认知。
然而，科学探索的竞争从未停歇。2020年起，德国、日本、美国等国的科研机构纷纷加大投入，试图在陶-粲能区与我国展开竞争。于程辉形象地比喻：“对撞机就像一把开凿富矿的铲子，我们之前挖出了宝藏，现在别人带着更好的工具来了，我们必须把铲子磨得更锋利。”
为了捍卫领先地位，2021年7月，中国科学院启动了对撞机对撞能量和取数效率升级工程，投资1.6亿元，目标是将峰值亮度和积分亮度提升至原来的三倍以上。改造完成后，国际竞争格局发生显著变化：德国、美国、瑞士的相关项目因评估后认为难以超越而主动退出，日本的装置升级后也未达到预期效果。
走进储存环隧道，低温超导腔、组合型超导磁铁和精密真空室等设备整齐排列，散发着冷峻的科技感。于程辉指着刚完成验收的组合型超导磁铁说：“这次改造的核心是对撞点区域的升级。要让性能提升三倍，关键在于压缩束团尺寸、提高流强，从而大幅提升对撞效率。”
这一目标的实现并非易事。高能所研究员朱应顺透露，组合型超导磁铁的制造技术曾被美国布鲁克海文实验室独家垄断。为了突破技术封锁，我国科研团队历时13年，成功研制出性能比美国产品高出40%的组合型超导磁铁。2025年5月，美国实验室甚至主动联系高能所，希望采购中国制造的磁铁。
团队还攻克了多项关键技术，实现了核心设备的全面国产化。例如，射频超导模组利用超导腔在极低温下电阻消失的特性，将加速效率提升数倍；新型注入冲击磁铁通过创新设计，降低了对真空度的要求；光子吸收器采用特种铜合金与锥形分级吸收结构，确保了储存环超高真空的长期稳定。
“得益于自主创新，第二次升级后，装置的设备国产化率达到100%，综合性能位居国际同类装置前列。”于程辉自豪地说。改造后的对撞机不仅在粒子物理领域保持领先，还具备“一机两用”的功能：储存环中的电子束在弯转时会释放出强烈的同步辐射光，为材料科学、生命科学等领域的研究提供重要支持。
在北京谱仪控制室，电脑屏幕上闪烁着复杂的粒子径迹图。于程辉介绍，升级后的北京谱仪事例采集量提升三倍，能够更高效地记录稀有粲介子和奇特强子的信号，为物理学家分析数据提供有力支撑。“原本需要15年才能完成的新粒子探索目标，现在预计5年即可实现。”他说。
目前，以北京正负电子对撞机为核心，已形成一个由15个国家、96个单位、700多名科学家参与的大型国际合作组。中国在该合作组中占据主导地位，负责实验方案制定、数据采集与分析以及成果发表。
同步辐射光的应用同样广泛。高能所研究员魏彦茹解释，电子在弯转磁铁中改变方向时释放的X光，能够照亮实验样品的微观结构，帮助科研人员观察金属疲劳裂纹、蛋白质分子折叠以及芯片纳米级电路的缺陷。“改造后，光强翻倍，实验时间减半，每年可支撑上千个用户的实验课题。”她说。
