北京正負電子對撞機撞出去的粒子去哪兒了？

在高能物理的神秘世界里，北京正負電子對撞機如同一個微觀世界里的“粒子工廠”，在這里，正負電子像兩列高速列車以接近光速迎面對撞。當這些高速粒子相遇時，會發生怎樣的奇妙變化？撞出去的粒子又去哪了？讓我們一探究竟。

正負電子對撞的“魔法”時刻

正負電子在北京正負電子對撞機240米長的真空儲存環中，被加速到接近光速后，通過精確控制的磁場引導，在指定點發生對撞。對撞后的正負電子，它們會瞬間湮滅，但并沒有“粉身碎骨”，而是遵循愛因斯坦的質能方程（E=mc2），瞬間轉化為純粹的能量，又在量子漲落中“變”為新的粒子——可能是μ子、π介子、K介子，甚至是罕見的J/ψ粒子或新物理信號。這一過程如同“物質-能量-物質”的魔法，卻嚴格受自然法則支配。

粒子的“逃亡”與“落網”

新粒子誕生后，攜帶能量向四面八方開始“大逃亡”，但壽命極短（如π±介子僅2.6×10-8秒，即π±介子經過一億分之一秒就衰變為其它粒子）。但它們無法逃脫科學家布下的“天羅地網”——北京譜儀Ⅲ（BESⅢ）。這臺重達600噸的探測器如同一個巨型洋蔥，層層包裹對撞點。它就像一個超級“照相機”，能夠捕捉到這些高速粒子的軌跡、能量和種類。

粒子去向的科學意義

對撞產生的粒子信息被轉化為海量數據，通過計算機系統進行處理和分析。科學家們利用這些數據，可以“重建”出對撞過程，了解粒子的性質和反應機制。

例如，2024年，北京譜儀III合作組曾首次測得X(2370)粒子的量子態性質，其質量、產生和衰變性質與人們長久以來尋找的膠球特性一致。這一發現成為支持膠球存在的強有力實驗證據，為理解強相互作用提供了新視角。在2022年，依托北京正負電子對撞機的北京譜儀III實驗，科研合作組完成了世界上最精確的正反科西超子衰變參數和不對稱性測量，為正反物質不對稱性的探索開創了新的實驗方法。

結語

北京正負電子對撞機撞出去的粒子，最終都落入了北京譜儀這個敏銳的“眼睛”，化作科學家們解讀宇宙奧秘的密碼。這些粒子看似“消失”，實則卻成為人類探索微觀世界的重要證據。BEPC的終極目標并非“捕捉”粒子，而是解碼物質本源。每一次對撞，都是在為人類知識的版圖增添新的邊疆，讓我們對這個由基本粒子構成的宇宙有更深入的理解。這些“撞出去的粒子”已成為“科學寶庫”和書寫宇宙的語言。因為，下一次對撞的火花，或許就是打開新物理大門的鑰匙。

正如鄧小平同志在1988年視察北京正負電子對撞機工程時所言：“中國必須在高科技領域占有一席之地。”如今，北京正負電子對撞機及其后續改造工程BEPCII，正持續為我國在高能物理領域的國際領先地位提供強大支撐。

出品：科普中國

作者：楊超（深圳理工大學科普主管、中國科普作家協會會員）

監制：中國科普博覽