開啟粒子“加速”夢——記中國科學院高能物理研究所唐靖宇研究員

本刊記者　褚　焱

開啟粒子“加速”夢——記中國科學院高能物理研究所唐靖宇研究員

本刊記者褚焱

空氣里面有什么物質？宇宙起源于哪些物質？

從以前的放大鏡、顯微鏡，到后來的粒子加速器，人類探索物質結構和自然界基本規律的腳步從未停止。借助現代科技之力，研制日益先進的精密測量儀器，“剝開”物質表皮，更深層次的細胞、分子、原子、原子核、甚至更基本的粒子，才能一一展現在人類面前。粒子加速器就是這些精密測量儀器中堪稱最為龐大和復雜的一種，隨著核物理和粒子物理研究的迫切需要，近百年來它們也得到了極大發展。借助一代代粒子加速器的力量，科學家們發現了自然界的很多基本粒子及基本規律，逐漸揭開了那深邃又神秘的粒子世界。

近年來，伴隨著粒子加速器的發展，加速器作為多學科應用平臺特別是先進的輻射光源和散裂中子源也得到了極大重視和發展。同時，這些先進裝置也直接帶動了生物學、凝聚態物理、材料、化學等多個學科領域的迅猛發展，也進一步促進了技術向高精尖方向邁進，加快了人類進入高科技時代的步伐。當今，粒子加速器早已“走出”實驗室，逐漸與工農醫等與國民經濟息息相關的行業相結合，特別是醫用加速器的應用已經非常普遍，作為一種放療手段造福于人類。

在中國科學院高能物理研究所，有位從事于大型粒子加速器設計、建造及運行工作近30年的科學家，幾十年如一日埋頭科研，直觀地見證了粒子加速器的快速發展。

他，就是唐靖宇研究員。

自20世紀70年代末走進中國科技大學近代物理系至今，唐靖宇一直在物理學的大世界中努力拼搏，多年的海外經歷也使他一直憧憬著祖國的科學事業的發展，默默堅守初始的粒子“加速”夢想。

中國散裂中子源和多學科應用

近十多年來，唐靖宇的研究視線聚焦在“中國散裂中子源”項目上，著重探究中子的力量。

正在建設中的中國散裂中子源（全景圖）

散裂中子源是利用中子探針探測物質結構的大型科研裝置。基于這個裝置可以直接推動凝聚態物理、納米科學、材料科學、生命科學、藥物學、國防科研及新型核能源的開發，將“加速”人類走進更高層次的文明社會。

目前，國際上擁有正在運行的三大散裂中子源分別在美國、日本、英國。

中國散裂中子源（CSNS），我國“十一五”期間重點建設的十二大科學裝置之首，它由中國科學院和廣東省共建，位于東莞市，目前仍處在工程建設階段，預計2018年初建成和竣工驗收。它是一臺基于高功率質子加速器的、多學科研究的大型科學研究裝置，建成后將會成為世界第四大散裂中子源。

唐靖宇介紹，C S N S一期工程建設包括束流功率為100kW的高功率質子加速器、一個靶站和3臺中子散射譜儀。

以中國散裂中子源為依托，唐靖宇認為當前重點要加快開展基于中子散射技術的多科學研究，并且今后，中子散射譜儀還可以從初始的3臺增加到20臺。但是，唐靖宇憑借敏銳的眼光，認為基于該加速器的質子束、Mμ子束和白光中子源也擁有非常廣闊的應用空間，而且逐漸推動了這些應用方向的工作開展。

CSNS加速器隧道照片（仍在安裝調試中）

CSNS實驗型μ子源

這也將是我國第一臺μ子源，在國際上也將占領一席之地。

唐靖宇認為，實驗型μ子源的建設，一方面可以開展中微子實驗相關的預研和基于μSR技術的多學科研究，另一方面也為今后建設更高級的μ子源做技術和人才的準備。

μ子是一個類似電子但更重的基本粒子，它具有易衰變的特點，且易用加速器產生，因此在高能物理實驗和作為物質結構研究的探針等方面受到高度重視，后者同中子散射類似，在諸如凝聚態物理、材料科學、生物科學等多學科領域具有重要的應用。在中微子實驗方面，我國前幾年提出了基于Mμ束衰變的小型中微子工廠方案，擬作為在大亞灣中微子實驗和江門中微子實驗之后的第三階段實施。

但在國內，因為過去缺少高束流功率的質子加速器，μ子源和利用μ子束作為探針的科研工作很多無法開展，我國一些優秀科學家有時只能通過國際合作將實驗樣品送到國外的Mμ子源進行測試。唐靖宇認為，隨著CSNS的建成，今后我國可以建設自己的μ子源和開展基于μ子探針技術的研究。CSNS實驗型μ子源的方案兼顧開展加速器中微子束裝置的預研工作和基于MμSR技術的多學科研究，這是一個大膽的設計思想，此前國際上沒有類似的設計。令人高興的是唐靖宇和他的團隊所申請的國家自然科學基金重大科學儀器研制項目獲得了批準，他們可以在未來的幾年內開展子源的技術設計和樣機的研究，為今后的Mu子源建設打下堅實基礎。

重視團隊合作

同舟共濟揚帆起，乘風破浪萬里航。科學研究，離不開團隊的力量。

唐靖宇表示，設計建造像大型粒子加速器這樣的大型科學裝置，需要很多科學家和工程技術人員的積極參與，高效的團隊合作是科研工作的前提，甚至國際合作也是必不可少的。

參與進去，吸納進來，是開展高水平科學研究的重要方法。和不少高能所的其他科學家一樣，唐靖宇積極參與多個國際合作項目，在對國際項目貢獻智慧與力量的同時，也吸引著國際實驗室和其他科學家參與以他們為主的項目。

人，與宇宙相比，只是一粒小到不能再小的“塵埃”。正因粒子間的相互碰撞，其巨大能量推動著宇宙空間的不斷演化。同樣，得益于人與人之間思想的激烈碰撞產生出的系列火花，人類社會才能大跨步走進更高層次的文明世界。

相信在擁有豐富大科學工程建設經驗的科研人員的鼎力合作下，CSNS項目和高能所的其他大型科學設施建設一定會沿著唐靖宇他們設想的那樣，發展成為中國高能物理和多學科應用發展進程中新的里程碑。