北京正负电子对撞机国家实验室
北京正负电子对撞机（BEPC）国家实验室位于北京西郊玉泉路，建在中国科学院高能物理研究所。于1990年7月21日通过由国家计委、国家科委、中国科学院等部门组织的国家正式验收。实验室主任为高能物理研究所方守贤院士。实验室学术委员会下设高能物理、高能加速器及同步辐射三个专业委员会，各专业委员会主任分别由中科院理论物理所何祚庥院士、高能所刘世耀研究员以及南京大学冯端教授担任。
一、主要实验装置及研究领域
国家实验室主要设备是一台能量为2×2.2GeV/2.8GeV的正负电子对撞机、安装在对撞点上的大型粒子探测器－北京谱仪（BES）、同步辐射实验装置（BSRF）以及相应的配套设施。正负电子对撞机由注入器、输运线、储存环组成，同步辐射实验室装置目前建成三个前端区、9条光束线和11个实验站组成，分别可开展形貌学实验、EXAFS实验、漫散射实验、小角散射、衍射、荧光分析、光电子谱学、光刻、生物谱学、高压衍射以及软X光应用等研究。
实验室近期的主要科学研究和应用内容是粲物理能区的高能物理研究、同步辐射光应用研究以及高能电子加速器物理和技术的研究。高能物理方面：（1）t物理、J/Y物理、Y’物理、D和Ds物理的理论和实验研究，利用获取的大量J/Y物理、Y’物理、D和Ds和t事例样本，对t轻子、粲物理中众多具有重要物理意义的课题进行分析研究；（2）对探测器性能进行跟踪、刻度、完善、提高，以保证谱仪系统正常运行和高质量的获取数据，为物理分析奠定正确基础参数；（3）建立和不断更新数据获取和分析软件系统，以对实验室所获取的大量数据进行传输、转换、重建和处理。同步辐射研究涉及凝聚态物理、高压物理及国民经济的众多领域。加速器物理主要研究加速器中束流与电磁场相互作用的规律，认识束流品质与机器参数的关系，对存在的现象进行研究等。
二、对外合作与研究成果
BEPC/BES是目前国际上工作在J/Y能区的唯一高亮度正负电子对撞机，因此成为世界上一个重要的高能物理实验研究基地。“粲物理和t轻子物理研究”课题得到中国科学院基础研究重大项目和国家自然科学基金重大项目的支持，课题以高能物理所为主，与国内十多个单位约130人组成合作组，另有美国近十所大学的约40位专家参加BES合作组。为此，建立了中、美双方相同的数据软件分析系统和网络联系，共享BES的数据，进行Y’、D、Ds、和t物理的研究，英国卢瑟夫实验室对BES的物理研究十分感兴趣，已与高能物理所达成协议，确定了合作课题和合作方式，并开始实施；韩国的物理学家们也希望参加BES合作，已派人到北京参加工作。
几年来，实验室在各类刊物上发表论文58篇，其中在国际一流刊物上发表4篇，国内刊物上44篇。尚有十多个物理成果的论文和几十篇实验技术文章正待发表。“t轻子质量的精确测量”获1992年中国物理学会“吴有训实验物理奖”、1993年中科院自然科学奖一等奖、1995年国际华人物理学会提名奖、1995年国家自然科学二等奖；1992年“BES数据?取和处理系统的改进”获中国物理学会“吴有训实验技术奖”。
BES合作组培养了中美两国十余个大学和研究机构的大量硕士生、博士生和博士后，其中博士后14名；博士生已毕业的有24名，在读27名；硕士生已毕业的有42名，在读生16名（包括美国博士生已毕业的有8名，在读10名）。
三、学术交流
北京同步辐射装置于1991年向用户开放，已接待了200多个用户单位的400多个课题。每年收到课题申请80多个，课题包括国家自然科学基金项目、攀登项目、863项目等。自1994年起，对经评审的重点课题予以机时保证并跟踪实验情况，每年组织一次用户学术年会，及时开展学术交流和加强BSRF与用户的沟通。经常举办专业学术会议、讲座和用户培训班。编辑出版《BSRF活动年报》（中、英文版）、《BSRF用户通讯》《BSRF用户研究课题进展选集》、《情况简报》等。自1992年起，聘请了十名专家为客座研究员。1994年以来，实行了奖励同步辐射科技论文的规定，共有三批科技论文获奖，计219篇，其中在国外刊物上的有75篇，发表在国内核心刊物上的有83篇，其他刊物有61篇。同时，BSRF还与用户单位开展合作，其中争取到与中物院合建软X射线应用研究实验站和与微电子中心共建X射线光刻工艺实验站的投资，同时还与地矿部、石油工业总公司、武钢、鞍钢、上海交通大学等单位开展合作研究。另外，BSRF还积极争取国际合作，若干实验站与国外建立了互访关系。在BSRF用户中，有相当数量的硕士生和博士生在各个实验站用光，完成了学位论文。高能所同步辐射室自1991年以来，培养了硕士生25名，博士生7名，博士后10名。
上海光源
上海光源，即SSRF（Shanghai Synchrotron Radiation Facility），是我国跨世纪最大的科学工程，投资逾12亿人民币，2004年12月开工，坐落上海张江高科技园区。
作为国家级大科学装置和多学科的实验平台，上海光源由全能量注入器（包括150MeV电子直线加速器、周长180米的全能量增强器和注入／引出系统）、电子储存环（周长432米，能量3.5GeV）、光束线和实验站组成。
在这个硕大的圆形装置中，全能量注入器提供电子束并使其加速到所需能量，无数电子束以接近光的速度在闭合环形的真空电子储存环中运行，并在拐弯时放出同步辐射光。电子储存环是同步辐射光源的主体与核心，它的性能直接决定了同步辐射光源性能的优劣。为了保证向用户提供在空间位置上高度稳定的同步辐射光，电子束轨道的稳定需要被控制在微米量级。
光束线沿着电子储存环的外侧分布，它起着用户实验站与电子储存环之间的桥梁作用。也就是说这道“光闸”将从电子储存环引出的同步辐射光束“条分缕析”出从远红外到硬X射线等不同波长的同步射光，并按用户要求进行准直、聚焦等再加工，然后输送到用户实验站。
在实验站，同步辐射光被“照射”到各种各样的实验样品上，同时科学仪器记录下实验样品的各种反应信息或变化，经处理后变成一系列反映自然奥秘的曲线或图像。科学家和工程师们不仅可以利用强大光速快速测定蛋白质三维晶体结构，还能完成对超大规模集成电路的“精雕细刻”。从2004年12月25日正式破土动工，到2009年4月完成调试后向用户开放，这台投资超过12亿人民币的中能第三代同步辐射光源，能量仅次于世界上仅有的3台高能光源。
美国阿贡国家实验室
美国阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory，简称ANL）是美国政府最老和最大的科学与工程研究实验室之一——在美国中西部为最大。ANL是1946年特许成立的美国第一个国家实验室，也是美国能源部所属最大的研究中心之一。过去半个世纪中，芝加哥大学为美国能源部及其前身监管阿贡国家实验室的运行。
阿贡是从二次世界大战曼哈顿工程的一部分，芝加哥大学的冶金实验室的基础上发展起来的。1942年12月2日，美国科学家费米（Enrico Fermi，1901-1954）和他约50名的同事在芝加哥大学的壁球场里产生了世界上第一个受控核链式反应。
战后，阿贡接受开发和平利用原子反应堆的任务。数年来，阿贡的研究不断扩大，包括了科学、工程和技术的许多其他领域。阿贡现在不是，也从来不曾是武器实验室。
阿贡有两个场所：1、伊利诺州-东场所被芝加哥环路西南约25英里的森林保护区所环绕。阿贡的4，000名雇员中约有3，200名在该1500英亩树木繁茂的场所工作。美国能源部芝加哥工作办公室也设在这里。2、爱达荷州-西场所占地约900英亩，位于蛇河谷爱达荷瀑布西约50英里处。它是阿贡多数主要核反应堆研究设施的所在地。约有800名阿贡的雇员在此工作。
今天，阿贡有雇员2900名，包括大约1000名科学家和工程师，其中约600人具有博士学位。阿贡的运行经费约为4.75亿美元，支持200多个研究项目，从原子核研究到全球气候变化研究。1990以来，阿贡曾与600多家公司、无数的联邦政府部门以及其他组织一道工作。
美国橡树岭国家实验室
橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory，简称ORNL）是美国能源部所属最大的科学和能源研究实验室，成立于1943年，现由田那西大学和Battelle纪念研究所共同管理。20世纪50、60年代，ORNL主要从事核能、物理及生命科学的相关研究。70年代成立了能源部后，使得ORNL的研究计划扩展到能源产生、传输和保存领域等。
目前，ORNL的任务是开展基础和应用项目的研发，提供知识和技术上的创新方法，增强美国在主要科学领域里的领先地位；提高洁净能源的利用率；恢复和保护环境以及为国家安全作贡献。ORNL在许多科学领域中都处于国际领先地位。它主要从事6个科学领域方面的研究，包括中子科学、能源、高性能计算、复杂生物系统、先进材料和国家安全。
2003年8月1日起，Jeff Wadsworth担任橡树岭国家实验室现任所长。他是国际上公认的冶金学家，曾任位于俄亥俄州首府哥伦布市Battelle纪念研究所的首席执行官，集中从事能源部科学计划、技术转让和国土安全方面的工作。2002年8月到Battelle纪念研究所工作之前，任劳论斯. 利弗莫尔国家实验室负责科技的副所长。1980年-1992年，在Palo Alto研究实验室为洛克希德导弹和空间公司工作。2003年，他因在开发先进材料和超塑性，以及在确定大马士革和其他钢种的历史和产地所做出的突出贡献，和在科学上维护国家安全方面的广泛主导作用而被选为美国科学进步协会的会员。
ORNL现有雇员3，800多人和客座研究人员约3，000人。这些客座研究人员每年在此工作2周或更长的时间。其2005财政年度的经费投入超过10亿美元。田那西大学-Battelle纪念研究所每年提供120万美元，用于支持橡树岭地区的数学和科学教育、经济开发和其他项目。目前ORNL处于新工程的最后阶段。经费将由联邦政府、州政府和私营部门提供，用于建造13个新的装置，包括功能性基因组中心、纳米相材料科学中心、先进材料实验室以及计算科学、生物科学和中子科学联合研究所等。另外，投资14亿美元的散裂中子源将于2006年竣工，它是世界上最大的民用科学项目，届时ORNL将成为世界上首屈一指的中子科学研究中心。ORNL有近20个复杂的实验设施和装置,不仅为本实验室的科学家和工程师服务，而且对美国的大学、工业界和其他的国家实验室以及国外研究机构的研究人员开放。
美国布鲁克海文国家实验室
美国布鲁克海文国家实验室（Brookhaven National Laboratory，简称BNL）的国家同步辐射光源（National Synchrotron Light Source，简称NSLS）分为两个储存环，小环称为真空紫外环，建于1984年，约有25条光束线，主要提供紫外、可见、红外及部分X光。大环称为X光环，建于1986年，约有60条光束线，产生比真空紫外环能量更高的X光。NSLS每天24小时运行，可同时进行80个以上的不同的实验，每年为400多个学术界、工业界和政府研究机构的2500名科学家提供重要的科研手段。他们无数的研究项目每年大约出650篇论文，其中有125篇以上的论文刊登在主要的学术杂志上。
用户因利用NSLS同步辐射光开展既新颖又影响大的研究获得了应得的荣誉（右图为NSLS的光束线）。围绕NSLS光源，各种各样独一无二和富有成果的科研人员已经成长起来。NSLS提供的广泛光子能量范围吸引了许多领域里的研究人员聚集在一个比较紧凑的环境里开展工作，促进了在其他情况下不可能的合作。在BNL和NSLS的鼓励下，这一科研群体从美国东北部的科技部门吸纳了许多人才，不断得到壮大。
NSLS成为世界上建设第三代光源的起点，之后建设的许多同类装置在它的布局基础上进行了改进，加入了更多的部件和插入件，最后的技术性能超过NSLS。经过20年的不断改进，NSLS的性能实际上已达到极限。保持和提高NSLS用户的积极性和用户的数量，需要继续提供能够满足它们现在和将来科学上的需要。认识到这一事实，迫使NSLS提出研制一种超过其本身的新装置，提供更高的平均亮度和通量。这一新的装置被称为NSLS-II，它将保留构成现行NSLS研究特点的跨学科性质，同时提供新的能力以满足用户的进一步要求。通过开发和建造新的最先进的中能储存环，利用其在世界上最先进的性能同时为许多用户服务，就可最佳地实现这一目标。
计划中的NSLS-II是个最先进的中能电子储存环（3 GeV），旨在实现等量输出，亮度和通亮都达到世界之最。该装置产生的X射线的亮度将比现在的NSLS高10000倍，设计工作将于2005年开始，计划2008年建造，2012年投入运行。
NSLS-II在由20多个插入装置产生的2-20KeV的能量范围内，提供的光峰值亮度大于1021光子/秒/0.1%带宽/毫米2/毫弧度2。目前正在考虑按最佳运行方式来设计储存环，使电流保持在500毫安，给光束线的光学仪器提供稳定的热负载。为使3GeV的机器在2-20KeV能量范围内的性能达到最佳，考虑采用短周期(10-15mm)、小间隙(5 mm)的超导波荡器。
NSLS-II采用的储存环磁聚焦结构类型正在积极讨论中，以便确定最大限度地满足用户的需要并使机器性能达到最佳，从而获得高亮度。通常的磁聚焦结构由24个TBA结构组成，周长在550-600米的范围内，水平发射度在3 GeV时约为1.5nm。这样一个结构完全满足用户预期对约20个插入件和超低发射度约1.5nm的需要，将来可以将其改进为能量回收直线加速器运行模式。除TBA结构外，也在研究DBS和QBA结构。每种结构都有利有弊，设计者正与用户一起研讨，以确定其最佳结构。至于所有超高亮度电子环，最大的挑战是用非线性六极铁补偿磁聚焦结构的大色差，同时使电子束的稳定相位空间区域达到最大，即所谓的“动态孔径挑战”。
美国斯坦福直线加速器中心
斯坦福直线加速器中心成立于1962年，现有职工1300人，其中正在从事实验的科学家有300人，主要从事高能粒子物理、宇宙线和天体物理、同步辐射及其应用研究、加速器新技术的研究等。
斯坦福直线加速器中心一直从事自然界基本规律的探索，取得了许多重大发现，揭示了许多自然界的秘密。
1962年斯坦福直线加速器中心成立后，开始建造2英里长的直线加速器和实验区。1966年该加速器投入运行,该中心的科学家们用加速器产生的电子来探索质子和中子的结构，发现了质子中称为“夸克”的新的更小的粒子。为此，物理学家Jerome Friedman, Henry Kendall和 Richard Taylor荣获1990年诺贝尔物理奖。
1972年建造了斯坦福正负电子非对称环（SPEAR），从而开始了一个粒子对撞的时代。物质与反物质实验开始。斯坦福正负电子加速环建于1970年，所需经费未获单独拨款，由斯坦福直线加速器中心的运行费中支付。按原1963年的设计，它为一台单环加速器，称为斯坦福直线加速器中心正负电子对撞束储存环。1969年，该设计进行了改进，提出建造双环非对称加速器，即“斯坦福正负电子非对称环”（SPEAR）。当费用未能落实后，又回到单环方案，但首字母缩略词SPEAR仍保存下来。
在该加速器上科学家们开展了许多高能物理实验，其中两项尤为突出。1974年，Burton Richter领导的实验小组在SPEAR上利用复杂的探测器开展物质与反物质的对撞研究。当这两种类型的粒子对撞时，它们在小的爆炸中消失。在这一过程中，Burton Richter领导的实验小组发现了一种以前未知的基本粒子，称为“ψ”的粒子，它由夸克和反夸克组成。此粒子发现前，仅知有三种类型的夸克，这一新夸克（称为粲夸克）的发现，令人信服地证明对物质夸克亚结构的基本想法是对的。
与此同时，丁肇中领导的实验小组也在布鲁克海文国家实验室也发现这一粒子，称为“J”粒子。为此，Burton Richter和丁肇中被授予1976年诺贝尔物理奖。
1975年Martin Perl利用同一加速器做物理实验，发现正负电子对撞后产生的称为τ的新粒子，该粒子属于第三代轻子。第一代轻子是1897年发现的电子，第二代轻子是1937年发现的μ。为此他荣获1995年诺贝尔物理奖。
二十世纪八十年代，斯坦福直线加速器中心又建造了两台加速器，即正负电子工程（PEP）和斯坦福直线对撞机（SLC）。PEP系SPEAR加速器的逻辑延伸。SPEAR的环直径仅80码，所达到的能量受到局限，因此对撞中产生的粒子数目有限。
PEP的环相当于SPEAR的10倍，直线加速器的能量改进后，1980年正负电子对撞的数量是SPEAR的几倍。许多科学家利用此设备对以前实验中发现的粒子特征和行为进行了长达10年的详细研究。1983年该加速器中心开始动工建造2英里长的斯坦福直线对撞机，1989年投入运行，其对撞能量比PEP更高。十年来，斯坦福直线加速器中心大型探测器（SLD）在该加速器上所做的实验，对了解宇宙法则做出了许多重要贡献。
现在SPEAR已变成了同步辐射光源。1973年斯坦福同步辐射实验室开始利用它开展X射线成像研究。来自SPEAR的强流X射线，被用来开展多项科学应用方面的成像实验。以前，斯坦福直线加速器中心以SPEAR的粒子物理实验为主，同步辐射实验为辅。1973年以后，后者已成为斯坦福直线加速器中心工作的一个重要部分，每年吸引1600名研究人员。
1991年12月12日斯坦福直线加速器中心启动国际网，至此北美第一个网站建立，并在斯坦福直线加速器中心运行。SLAC的网站向物理学家们展示出网的潜力，粒子物理界人士可以更容易地进入非常繁忙的科学文献数据库，网络从此传遍整个世界。
斯坦福直线加速器中心1994年起对PEP的储存环加以改进，改进后PEP-II成为B工厂，使更多的正负电子发生对撞，产生B和`B粒子。该工程总造价17.7亿美元。
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