十年黄金发展的粲物理

1974年丁肇中和Richter教授发现粲夸克被称为粒子物理学的革命,随即于1976年荣获诺贝尔奖。研究粲夸克弱衰变性质的粲物理在过去十年间取得巨大进展。首次探测到双粲重子被科技部评为“2017年度中国科学十大进展”,发现粲衰变的电荷-宇称对称性破坏被英国《物理世界》杂志评为“2019年十大突破”。中国理论与实验团队为这两项突破性进展做出了非常重要的贡献。

BEPC/BES上的粲物理和τ轻子物理研究成果

粒子物理是人类研究物质微观基本构成及其相互作用性质的一门科学,其研究成果深化了人类对微观世界的认识。粲物理和τ轻子物理是粒子物理的重要分支,对其辐射衰变、强衰变和弱衰变的系统研究,将会解决或澄清粒子物理中的一些问题。

一个分布式的网络PC/Linux系统及其在BES和BES-Ⅱ粲物理研究中的应用

简要介绍了一个基于网络的小型 PC- PARM和一个分布式的 PC/ L inux机集群系统的组成 ,及其在 BES/ BES- 粲物理研究中的应用。利用此系统对 BES- 计划进行的ψ″(3770 ) D物理做了全面的蒙特卡罗模拟研究。利用 BES- 获取的 J/ψ数据 ,对此系统工作的稳定性、可靠性和对数据重建的可行性及重建能力进行了研究 ,其结果表明 ,利用廉价的 PC/ Linux机集群进行 BES/ BES- 数据的离线处理和物理分析完全可行 ,与 HP/ UNIX工作站集群对比 ,PC/ L

北京谱仪(BESⅢ)上的粲物理研究

自J/Ψ粒子和τ轻子在20世纪70年代被发现后,τ-粲物理研究即蓬勃兴起,多个正负电子对撞机在此能量运行,取得了丰硕的成果.文章简要论述了国内外长期进行τ-粲物理研究的原因,介绍了其研究的主要内容与特点,并结合新近完成的北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCⅡ)及北京谱仪(BESⅢ),举例介绍了BESⅢ在轻强子谱、粲物理、粲偶素物理研究,量子色动力学及强子产生性质研究和τ轻子物理研究方面的主要科学目标、任务及新近取得的主要成果.

在北京正负电子对撞机上进行的粲物理与τ轻子物理研究

标准模型的成功和一系列新粒子的发现,使粒子物理学家们深受鼓舞。标准模型的精确检验已提上日程。在北京正负电子对撞机上开展的BES实验,抓住机遇,作出了贡献。实验精确测得的新的τ轻子质量在τ轻子普适性检验中起了重要的作用。BES实验在粲物理研究(包括D_s,J/φ和φ′等)中,也取得了可喜的成绩。

粲物理与τ轻子物理研究

粲物理和τ轻子物理是粒子物理的一个重要分支,对其深入系统的研究,将可能解决或澄清粒子物理中一些未解决的问题,检验并发展标准模型理论,为深化人类对微观世界的认识做出贡献。由于我国首次建造的北京正负电子对撞机(BEPC)恰好工作在粲物理和τ轻子物理能区,使我国高能物理界在这一领域的研究方面具有独特的优势:由于工作在一系列共振区和产生城区,具有系统误差小、本底小和测量精度高的优点。

正负电子对撞中的τ轻子和粲物理研究

中国科学院高能物理研究所郑志鹏教授和李金教授主持的国家自然科学基金重大项目“τ轻子和粲物理研究”,经4年的工作后于1996年6月结题。以中国科学院院士何祚麻教授为组长的专家组在验收意见中作了如下评价:“本项目所研究的粲物理和τ物理是当前粒子物理研究的一个重要领域”,“在北京正负电子对撞机和北京谱仪上展开了有关J/ψ物理、ψ′物理、τ物理、D物理和D_S物理的研究取得了若干国际领先的重要成果…,受到国际高能物理界的好评与重视,在国际高能物理会议和国际轻子光子会议上被多次引用,部分结果已被国际权威的粒子数据表所采用”,“以北京正负电子对撞机为基地的中国国内的高能加速器实验物理取得了重要进展,并在国际高能物理界开始占有一席之地。”

τ-粲能区物理及对加速器和探测器设计的要求

基于τ 粲能区的物理目标和各物理过程的截面 ,估计了该能区新一代加速器典型亮度下的事例率和每年运行取得的事例数 .指出加速器亮度应优化在ψ″和ψ( 4 1 60 )之间 ,峰值亮度决定于探测器触发判选系统、电子学系统及数据获取系统等能处理的最高事例率 .

北京正负电子对撞机上的粲夸克偶素物理实验研究

北京谱仪合作组在北京正负电子对撞机上采集了世界上最大的Ψ(2S)粒子数据样本,开展了粲夸克偶素物理的广泛研究。测量了粲阈下全部6个已知粲夸克偶素涉及质量、宽度和衰变分支比等的大批重要参数,其中21项为国际首次测量,相当一部分结果具有国际最高精度,51项数据被收入国际权威性文献《粒子物理评论》(2000年版)。通过对Ψ(2S)和J/Ψ数据的比较研究,在若干种遍举强衰变的末志介子模式中,观察到了一系列反常现象,挑战常规理论图象,引发了深入探讨粲夸克偶素衰变机制的新的一轮理论努力。有关实验结果应用于粒子物理实验与理论研究的若干方面,揭示出多项重要物理性质。

北京正负电子对撞机重大改造工程和BESⅢ物理成果

1988年建成的北京正负电子对撞机(BEPC)使我国在国际高能物理研究领域占据了一席之地,在τ-粲物理研究中居于领先地位.面对激烈的国际竞争,中国科学家提出了对BEPC进行重大改造的计划,即BEPCⅡ.工程从2004年初开始建设,经过5年的努力,按指标、按计划、按预算、高质量地完成了各项建设任务,于2009年7月通过了国家验收,随即投入实验运行,取得了若干重大成果,使我国继续保持在粲物理研究的国际领先地位.本文简要回顾BEPC的情况,着重叙述BEPCⅡ的科学目标、BEPCⅡ加速器、BESⅢ探测器和取得的主要物理成果,并展望了下一步的研究工作和目标.

2～7 GeV高亮度正负电子对撞机的物理研究

经过几十年的实验检验,标准模型被认为是描述自然界微观世界最成功的理论模型.特别是随着2012年Higgs粒子的发现,标志着人类对物质微观世界的认识达到了空前的高度.尽管如此,仍存在一系列标准模型不能解决的基本问题,如暗物质和暗能量的本质、宇宙正反物质的不对称、夸克和轻子的分代和引力作用的描述等.另外,作为标准模型的两个组成部分之一,量子色动力学在高能量区得到了实验的精确检验,但是在低能区仍存在许多重大的科学问题,亟待实验和理论进一步发展和完善.因此,我们亟待进行超出现有水平的实验来更深入地探索微观物质结构,揭示微观世界的更多奥秘.本文阐述在t-粲能区有待解决的重大前沿科学问题,以及在中国建设新一代的2~7 GeV能区高亮度(0.5×10^(35)~1.0×10^(35) cm^(-2) s^(-1))正负电子加速器的可行性和必要性.

北京谱仪实验物理成果

当前描述物质微观基本结构最成功的理论是粒子物理的标准模型,包括描述强作用力的量子色动力学,描述弱相互作用和电磁作用力的电弱理论。在量子色动力学方面,人们对夸克禁闭问题和低能非微扰性质还不能完全理解;在电弱理论方面,需要实验上提供更加精确的参数约束和检验。北京正负电子对撞机和北京谱仪实验是我国最早的大科学装置,也是目前国际上唯一运行在陶粲能量区域的高亮度实验装置,致力于在强子物理、量子色动力学的非微扰性质、电弱理论检验和寻找超标准模型的新物理等方面开展研究。文章将介绍北京谱仪多年来在实验上取得的科学成果,包括陶轻子质量精确测量、R值测量、奇特强子态研究和粲强子弱衰变测量等。

北京正负电子对撞机及其重大改造工程

作为探索微观世界工具,对撞机在粒子物理近三十年激动人心的进展中崭露头角,已成为一种占主导地位的高能加速器.北京正负电子对撞机(BEPC)瞄准τ粲能区的物理窗口,自1988年建成投入运行以来,在高能物理实验和同步辐射研究领域做出了许多重要成果,已成为在其工作能区性能国际领先的高能加速器.为了在激烈的国际竞争中继续保持在τ粲物理领域的领先地位,中国科学家提出了北京正负电子对撞机重大改造计划(BEPCⅡ),于2003年底得到国家批准.和BEPC一样,BEPCⅡ“一机两用”,用于高能物理和同步辐射研究,作为对撞机的主要指标的亮度将比BEPC高100倍,同步辐射的性能也将大幅度提高.文章简要介绍了BEPC运行成果和BEPCⅡ的建设进展及其发展前景.

北京谱仪的最近成果

介绍了北京谱仪最近的实验成果,包括J/ψ衰变的强子谱发现、确认了一系列新共振态σ,κ,X(1835),ωφ在J/ψ→γωφ中的阈值增强,在J/ψ→K+Kπ0中发现宽共振峰;ψ(2S)和χCJ的衰变研究;ψ(3770)的非DD衰变的结果.也报道了正负电子对撞机重大改造项目BEPCII/BESIII的进展情况.

北京正负电子对撞机重大改造工程通过国家竣工验收

北京正负电子对撞机重大改造工程(简称BEPCII)是我国"十一五"重大科学工程,是目前重大科学工程中最具挑战性和创新性的项目之一,总投资6.4亿元,工期5年,由中国科学院高能物理研究所承担建设任务。工程于2004年初动工,2008年7月完成建设任务,2009年5月对撞机的主要性能参数亮度在束流能量1.89GeV能量下达3.21×1032cm-2s-1,达到设计指标,为改造前的30多倍,是此前该能区对撞机亮度世界纪录的4倍以上。BEPCII工程按进度、按指标、按预算、高质量地完成了各项建设任务,并于2009年7月17日顺利通过国家验收。BEPCII是一台粲物理能区国际领先的对撞机和高性能的兼用同步辐射装置,它的建成成为国际同类装置建设的一个范例,是中国高能物理发展的又一个里程碑。BEPCII试运行期间,北京谱仪III共采集到一亿多ψ(2S)和两亿多J/ψ事例,是目前世界上最大的数据样本,并已取得了初步的物理结果。BEPCII建成并投入运行,有望在今后多年里,不断取得重大物理成果,进一步保持和加强我国在粲物理研究领域的国际领先地位。

北京谱仪飞行时间探测器研制工程

北京正负电子对撞机（BEPCII）及北京谱仪（BESIII）是我国大科学工程项目之一，其改造升级基本完成后，束流亮度在能量1．89GeV时可达到1×10^33 cm^-2s^-1，将为我国在τ-粲物理等前沿课题——如轻强子谱学、