劳伦斯获诺奖：回旋加速器的重大突破

劳伦斯获诺奖：回旋加速器的重大突破

1930年，加州理工学院的博士生赵忠尧在实验中首次观测到了正负电子对的产生与湮灭现象。这一发现为粒子物理学研究开辟了新的方向，也为回旋加速器的发明提供了理论基础。

回旋加速器是一种利用磁场和电场加速带电粒子的装置。其工作原理是：带电粒子在磁场中做圆周运动，每次经过电场时都会获得能量，从而逐渐加速。这种设计使得粒子能够在有限的空间内达到极高的速度。

美国物理学家欧内斯特·劳伦斯正是基于这一原理，于1932年发明了世界上第一台回旋加速器。这台装置最初只能将质子加速到1.25兆电子伏特（MeV），但它的出现彻底改变了粒子物理学的研究方式。

随着技术的不断进步，回旋加速器的能量水平迅速提升。中国原子能科学研究院自1958年建成我国第一台回旋加速器以来，已经研发出了一系列强流回旋加速器装置。例如，1996年建成的30 MeV/350 μA强流质子回旋加速器，2014年建成的100 MeV/520 μA紧凑型强流质子回旋加速器，以及2021年自主研发的14 MeV/1 mA强流质子回旋加速器。这些装置不仅在核科学研究中发挥了重要作用，还推动了医用同位素生产、硼中子俘获治疗（BNCT）和中子成像等领域的应用。

回旋加速器的出现极大地推动了粒子物理学的发展。在恩里科·费米加速器大楼，1951年建成的回旋加速器是当时世界上最强大的粒子加速器，它使科学家能够深入研究质子的内部结构以及重电子（μ子）的特性。尽管这台加速器在1972年退役，但它为粒子物理学研究奠定了重要基础。

回旋加速器的应用范围远不止于此。它还被用于宇宙射线研究、古生物学研究以及天文学设备的开发。例如，"芝加哥蛋"（Chicago Egg）就是在加速器大楼开发的，该仪器于1985年成功搭载在挑战者号航天飞机上，标志着宇宙射线研究的重大成就。

劳伦斯因发明回旋加速器获得1939年诺贝尔物理学奖，这一发明使得科学家们能够以前所未有的方式探索粒子物理，实现了许多过去难以想象的实验。回旋加速器不仅在科学研究中发挥了重要作用，还推动了医疗和工业领域的发展。如今，它已成为现代物理学研究的重要工具之一，为人类探索宇宙的奥秘提供了强大的技术支持。