北京西郊，有个大家伙 ！（下）

震惊国际——精确测量τ轻子质量

BES-I运行的头几年，国际粒子物理界有一个吵了很久的问题：τ轻子的质量到底是多少？

补充阅读

τ是什么？

τ轻子是电子的“重表哥”。我们知道电子，它是最轻的带电粒子之一。但电子还有两个“表哥”——μ子和τ子，一个比一个重。τ子是最重的那个，属于第三代轻子。

争吵的点在测量上。在BES-I之前，全世界各个实验组测出来的τ轻子质量都偏高，而且误差很大。高到什么程度呢？高到让一个很基本的理论假设都出了问题。这个假设叫“轻子普适性”，意思是三代轻子——电子、μ子、τ子——虽然质量不同，但其他性质应该是一样的。如果τ轻子的质量跟理论预言差太多，那这个假设就不成立了。

这可不是小问题。轻子普适性是标准模型的基石之一。如果它不成立，整个理论框架都要动摇。

全世界的实验组都在测，但谁也测不准。

BES-I用了一个国际上没人用过的方法：在τ轻子对产生的能量阈值附近做精细扫描。这个方法是国际首创的。

你可以想象成调收音机，收音机搜台的时候，不是一下子拧到底，而是一点一点地挪，找到信号最强的那个位置。BES-I做的事差不多：它不是在某个能量点上测一次，而是在τ轻子对质心系能量阈值附近，一点一点地扫，精确测出产生截面随能量变化的曲线。从这条曲线里，就能把τ轻子的质量算出来。

τ质量测量结果(左)以及对轻子普适性检验的贡献(右)

图片来源：中国科学院高能物理研究所网站

结果出来了：1776.9±0.7MeV，比当时世界平均值低了7.1MeV，精度提高了大约10倍。这个数字一公布，轻子普适性的争议直接消失了。不是理论错了，是之前测得不准。《粒子数据手册》后来把这个结果收录为τ轻子质量最精确的测量值之一，精度保持了十几年。

这是中国人第一次在粒子物理的核心测量上，拿到了世界第一的结果。

为后来发现希格斯粒子铺路

BES-I还干了另一件大事：精确测量了R值。

R值听起来很抽象，其实说白了就是一个数——在不同能量下，正负电子对撞能产生多少强子。

强子是什么？就是一切参与强相互作用的粒子的统称。你最熟悉的强子是质子和中子，它们就在你的原子核里。但强子不止这两个，还有很多很多种，都是夸克和胶子被强相互作用"粘"在一起形成的复合粒子。

R值本质上反映的是：在当时的能量下，有多少种夸克可以被"创造"出来。这个数如果测不准，理论计算就跟着不准。理论算不准，后面所有的预言都会偏离。打个比方，R值就像一把尺子，理论家用这把尺子去量各种东西。尺子本身不准，量出来的结果全都不可信。

在BESⅠ之前，2–5GeV能区R值测量精度仅15%–20%，误差较大。BESⅠ将精度提升至7%–8%；后续BESⅡ进一步提高至6.5%。

这个精度有多重要？

2012年，欧洲大型强子对撞机发现了希格斯粒子。希格斯粒子的质量大约是125GeV，理论预言它的产生概率和衰变方式，都需要用到R值。如果R值的精度不够，理论预言的范围就会很宽，发现希格斯粒子的难度就会大很多。BESⅠ的R值测量，为后来的发现起到了关键的支撑作用。

希格斯玻色子Higgs boson

图片来源：中国科学院高能物理研究所网站

做这些到底有什么用？

万维网就是1989年欧洲核子中心的物理学家为了共享数据发明的，光这一项的经济产出就超过了全球粒子物理投入的总和；质子和重离子束可以精确杀死肿瘤，副作用远小于传统放疗，全球数万台加速器中，大量用于医疗；同步辐射光源能测定药物分子结构，过去30年约一半的化学和医学诺贝尔奖都跟蛋白质结构有关，而测结构主要靠同步辐射；机场安检设备、工业无损检测、食品辐照保鲜，这些日常技术全都源自高能物理；中子散射能穿透数厘米厚的钢材，用来检测高铁车轮、大型工件内部裂纹，是工业上非常成熟的技术。

欧洲大型强子对撞机

图片来源：中国科学院高能物理研究所网站

还有一层暂时看不到、但决定未来的价值。万维网、并行计算等技术，最初因高能物理数据处理需求而诞生；大数据、AI、量子计算的发展也长期受益于高能物理实验的算力与算法挑战。现在国内新一代高能物理实验每年产生数百PB数据，直接推动了AI和量子计算的研究。

但BES-I最大的意义，可能还不是这两个成果。

1991年，BES国际合作组成立。最初中国60多人、美国20多人，后来扩展到十几个国家近500人。中国从“跟班学习”变成了“牵头组局”。这是中国主导的第一个国际大科学实验。

在这之前，中国的粒子物理学家参加国际合作，角色基本上是“学生”——别人设计实验，你来帮忙取数；别人分析数据，你来帮忙算。发表文章的时候，名字排在后面，话语权几乎为零。

但BES-I改变了这件事。探测器是中国造的，加速器是中国建的，数据是中国团队采的。国际同行想用这些数据，自然得跟中国合作。话语权就是这么来的——不是争出来的，是干出来的。

1988年BES-I建成那天，邓小平去参观了这台机器。他在探测器前站了很久，看着那些层层叠叠的部件，说了一句后来被反复引用的话：

“过去也好，今天也好，将来也好，中国必须发展自己的高科技，在世界高科技领域占有一席之地。”

四年打底，三十年接棒

BESⅠ运行7年后，设备逐渐老化，进入升级阶段。

1997年，BES-II接棒。它升级了4个子探测器，把R值精度进一步提高到6.5%，还在τ-粲物理区做了大量精确测量，一直运行到2008年。

2009年，BES-III上线。这一次是全新的设计：超导磁铁、全吸收量能器、更精密的粒子鉴别系统。BES-III发现了X(2370)等一系列新粒子，在国际上引起了很大关注。

2026年，BES-III刚完成亮度升级，还在运行。它是目前世界上唯一在τ-粲能区运行的高亮度对撞实验。

北京谱仪

从BES-I到BES-III，三十多年过去了。当年那台500多吨的大家伙，打下的底子、培养的人才、建立的国际合作模式，一直延续到今天。中国高能物理的后来人，很多都是从BES-I那个团队里走出来的。

BES-I的故事其实很简单：条件有限，周期紧张，却用数年运行拿到了世界级成果。它让中国从高能物理的旁观者，变成了参与者。

未完待续

BES-I实现了中国高能物理的里程碑突破，凭借独创测量方案精准校准τ轻子质量、提升R值测量精度，夯实了粒子物理标准模型基础，助力希格斯粒子探测研究。同时它让中国高能物理告别国际跟跑，站稳世界前沿，为我国高端科研发展奠定了坚实基础。

如果说BES-I是中国探索微观极致的科研突破，那C919就是中国深耕高端制造的蓝天答卷。打破海外技术垄断、突破重重卡脖子难题，国产大飞机的逆袭之路满是荣光。下篇带你见证C919的腾飞传奇！

参考文献

《中国科学报》2019-09-09第1版

《中国大百科全书》第三版网络版

中国科学院高能物理研究所网站

中国核技术网

图片来源

《科技文物里的中国》

组编：中国科学家博物馆组编

出版单位：中国科学技术出版社

出版时间：2026年2月

微信号丨大美科学