齊心協力建設北京正負電子對撞機

1. 高能物理實驗和高能加速器

早在兩千多年前，我國就有「五行」的假說，認為世界上的萬物都是由金、木、水、火、土五種最基本的物質所組成。古代哲學家的「基本物質」的想法在今天已經被科學研究所證實。二十世紀物理學的進展告訴我們，世界確實是由一些基本粒子組成的。現在已知的基本粒子有60多種，分為三大類。一類是傳遞基本粒子之間的作用的，統稱媒介子，已知 12 種。它們是光子(傳遞電磁作用，質量為零)；膠子(傳遞強作用，質量為零)，膠子有 8 種；中間玻色子(傳遞弱作用，W+和 W–的質量各為 81 GeV/c2，Z的質量為 92 GeV/ c2)。另外兩類分別名叫夸克和輕子。夸克有6類，每類又分為三種色，各種又有它的反粒子，這樣共有 6×3×2=36 種。輕子有6類，每類又有它的反粒子, 總共 6×2=12 種。2013 年 3 月，歐洲核子中心宣布實驗探測到了標準模型預言的最後一個粒子，即希格斯玻色子。對於組成萬物的這些基本粒子，我們如果能夠掌握它們的性質，它們之間的相互作用和運動規律，就有可能運用這些知識為人類服務。人類的發展歷史非常清楚地告訴了我們這一真理。科學家對於電、磁現象的純基礎研究導致人類進入電氣時代。對於原子核的基礎研究開創了原子能的應用。這種為了造福人類的信念一直推動著科學家們孜孜不倦地對於物質的基本結構進行探索。

日常生活中所見的萬物是由第一代夸克和輕子所組成的。第二代、第三代基本粒子產生於宇宙開始形成時或星球的劇烈演變中，現在有些還存在於宇宙線中。我們要研究它們，首先必須在地球的環境中實現當初宇宙形成時的條件，把粒子加速到高能，讓它們碰撞，從而產生我們希望研究的基本粒子。

不同的基本粒子有不同的質量，產生它們也就需要有足夠的能量。通常的辦法用加速器把某種粒子(常用的是質子或電子)加速到高能，轟擊一個固定的靶，使它與組成靶的粒子相互作用，以產生新的基本粒子。一種名叫對撞機的加速器，可同時加速兩股粒子束團，讓它們以相反的方向運動，在一定的位置上發生對撞。在對撞機中，兩個對撞粒子的能量可以全部轉化為新粒子，而轟擊固定靶的高能粒子，它的能量 E 只有一部分可以轉化為新粒子，大致為。因此，希望達到的能量愈高時，加速器必須採用對撞的方式，否則一大部分能量白白浪費掉了。

對撞機有兩個重要指標，一是能量，這要針對所研究的對象來選定。二是亮度。亮度與對撞機內運動的兩束粒子流的流強的乘積成正比，就是說對撞機所加速的粒子的流強愈強，亮度就愈大。兩束粒子對撞時產生某一粒子的事例數與亮度成正比。亮度愈大，在單位時間內產生的粒子愈多。

對撞機有一個特點，它只能在設計的特定能量附近的小範圍內工作，超出這一範圍，亮度急劇下降，無法工作。因此為了研究不同種類的基本粒子，必須建造不同能量的對撞機，能量高的不能取代能量低的。

2. 選擇建造正負電子對撞機

1988年10月高能物理所發布了一個振奮全國的好消息，我國研製的北京正負電子對撞機在10月16日首次實現正負電子對撞。我國的科技、工程人員優異地按指標、按計劃、按預算完成了計劃。這在國內外大科學工程中是罕見的。10月24日，鄧小平同志和其他中央領導同志到高能物理研究所視察北京正負電子對撞機，與參加工程的全體人員見面，慶祝這一工程的重大成就。鄧小平同志即席發表了重要講話《中國必須在世界高科技領域佔有一席之地》。可以認為，由於我們的高能加速器是正負電子對撞機，今天我們在高能物理領域才能夠佔有了一席之地，是在激烈的競爭中佔有的，而且正在不斷地擴大。我們現在有一個十分偉大的夢，要建造一台世界上能量最高的正負電子對撞機，環型正負電子對撞機(CEPC)。

我國研製高能加速器的計劃，從1956年開始，到1979年底，經歷了六次下馬，七次上馬。1980年底，我國國民經濟調整，中央決定「八七工程」 下馬。這是我國高能加速器計劃的第七次下馬。雖然鄧小平提出「高能物理不斷線」，但大家對下一步的工作仍十分擔心，不知怎樣辦才好。「八七工程」 的1.2 億元預製經費，剩下約9000萬元，就是可以用來建造加速器的經費的限度。

李政道教授一直熱心幫助祖國的發展，他十分擔心，如果不能很快提出調整方案，中國的高能物理將無法發展。他決心幫助中國找出一條適合中國國情的發展高能物理的道路。

1981年3月李政道在美國費米國家實驗室召開了一個非正式的工作研討會，邀請高能物理所派人到美國討論調整方案。我國派出朱洪元和謝家麟作為代表，我那時在美國作為訪問學者，也被指定為代表。李政道同時邀請了美國幾位參加中美高能物理合作的實驗室的專家參加。謝家麟首先在會上介紹了高能物理所所內商定的調整方案，首選的方案是建造一台 5GeV 質子同步加速器。大家展開討論，並提出各種建議。美國斯坦福直線加速器中心所長潘諾夫斯基提出了建造 2×2.2GeV 正負電子對撞機的建議。與會者大多數都覺得，這樣一台正負電子對撞機，能量不是很高，規模適中，可以做國際前沿的高能物理研究工作,而且兼有同步輻射應用。在當時經費限於9000萬元的條件下，是中國仍能在高能物理方面迎頭趕上世界先進水平的極好方案，十分適合中國國情。朱洪元、謝家麟和我都贊同這個方案，大多數與會者都向我國推薦這個方案。

當時在國外的我國派出的訪問學者的意見很一致，就是要搞正負電子對撞機，但當時國內有許多專家傾向於建造質子同步加速器，因為打靜止靶在技術上比較有把握，而且已經開展了相應的預製研究。朱洪元、謝家麟回國後主要工作是把對撞機方案向領導和科學家彙報，說明它的優點，解釋疑問，爭取支持。當時各方面提出了很多質問：例如，國外專家估計，造價不到2000萬美元(按當時的匯率恰好為9000萬人民幣)。但中國的國情不同，造價將是多少？對撞機技術困難，中國在加速器技術方面很落後，能做出來嗎？中國對大工程的管理缺少經驗，能管理這個尖端工程嗎？你們說有物理窗口，幾年以後還有嗎？

謝家麟、朱洪元回國後，多次廣泛組織國內科學家展開論證和調研，反覆對比權衡兩條路線的優缺點，經過反覆深入的論證，最終確定了正負電子對撞機的方案。謝家麟、朱洪元在這一個關鍵性的選擇中，以深入而細緻的具體分析說服了持不同意見的同志，高能物理所全體取得了一致的認識，最終確定了北京正負電子對撞機(BEPC)的方案。

現在回頭看，我們非常幸運，反思國家建設和高能物理事業的得失，1980年的那個調整、收縮，中央決定八七工程下馬，對我國高能事業來說，真是「塞翁失馬，焉知非福」。假如沿著原來的「大高能」走下去，物理上步人後塵，難出成果，攤子又鋪得過大，經費勢難維持，結果顯然是不上不下，造成極大浪費，後果不堪設想。

我們很感謝當初向我們建議建造正負電子對撞機的李政道教授和潘諾夫斯基教授，感謝他們的熱心幫助，幫助我們走上了建造正負電子對撞機的道路，走上了適合我國國情的發展高能物理研究的正確道路。

3. 工作的點點滴滴

1973年初高能物理所成立，張文裕先生擔任所長。為了建造高能加速器，引進了一批人才。當時領導班子也隨著擴大,一度有12位副所長。後來中國科學院特派張厚英來所擔任常務副所長。1984 年，領導班子改組，我被任命為所長，張厚英仍任常務副所長，謝家麟、陳東為副所長，後增加方守賢為副所長。領導班子一共5人。分工比較清楚，大家不推諉，互相團結，互相支持。我那一屆班子是一個團結的班子，和諧的班子，合作的班子。

為了推動北京正負電子對撞機(BEPC)的建造，黨中央在1984年成立了以谷羽同志為首的包括張壽、林宗棠、張百發同志的四人領導小組。這是北京正負電子對撞機得以順利建成的決定性的一步。

BEPC 工程是當時高能所最重要的一項工作，所領導班子把這項任務作為重中之重。在分工上，謝家麟作為第一任工程經理，1986年後由方守賢擔任工程經理，全面負責工程的建設，組織所里各相關部門，高質量地圓滿完成了 BEPC 的建設。

在所務方面，每周有一次所務會議，會上討論、交流一些重大問題。有些牽涉大多數人的利益問題(例如職稱、分房等)，採取分別成立專項委員會的辦法，以求廣泛收集意見，做到透明、公正。對於具體的行政工作，我強調各領導層分工明確，有責有權，對於下屬部門的工作不胡亂指手畫腳。

我們提倡節約，不講排場。所領導和工程領導的辦公室，就用原有的房間，不加任何裝修，一般在十幾平方米以內，也沒有按級別分配多大面積的辦公室。所有領導班子的辦公室內都是原來的傢具。

高能物理所在工程經費以外，每年有一筆比較固定的經費，其中包括一些指定用於某一科研題目的經費，以往是在全所範圍內分配給各個項目。北京正負電子對撞機工程有專用的經費，我們就把那筆科研經費幾乎全部集中投在宇宙線、高空氣球實驗和天體物理上。我還和張厚英一起努力，為宇宙線、高空氣球和天體物理爭取到一筆經費，建造了一棟專用的實驗樓。

對於自由電子激光，我十分支持謝家麟的遠見，他指出自由電子激光的重要性，應儘早開始研究。1987年，在自由電子激光項目還沒有被上級批准之前，我動用研究所的其它經費，借撥給這一項目，使其提前開始工作，從而爭取到了時間，保證高能物理所在亞洲首先建成了自由電子激光裝置，搶佔了先機。

在北京譜儀工程中，我一向認為，參加這一任務的人員絕大多數都是高水平的相當成熟的科技人員，大部分已有二十多年的工作經驗。我在高能所工作多年，對不少同仁都相當了解，同仁對我也了解，大家互相十分信任。我的主要作用是盡最大努力創造一個環境，讓全體工作人員發揮他們的創造性和積極性。開始建造北京譜儀，我的工作是跟大家一起討論譜儀的主要性能指標，然後把譜儀分成若干部件，確定各個部件的性能指標，以及每一個部件的尺寸及其公差，以保證將來組裝時不發生問題。由於北京譜儀在4年內建成，所以各組必須在此前提下，分別制定研製自己負責的那部分的詳細工作計劃，從預製一直到最後投入使用，明確的時間節點，這樣才能保證總裝時不至於因為互相等待而影響進度。此外，各組提出需要的人力、設備和經費，集中大家提出的計劃，按具體需要分配人力、經費和實驗室面積等資源，並對各組分別提出的計劃加以綜合、協調，作出最終的總體計劃。

當工作出了問題時，我不一味責怪具體工作人員，而是先自我反省，想自己是否在安排、交待工作時沒有講清楚，沒有指出應注意的問題。我跟大家一起分析、討論所出的問題，討論如何改進，鼓勵大家輕裝前進。周一上午，我召開北京譜儀的例行組長會，一般不超過2小時，力求上下通氣。先傳達一些所里的要求指示，然後各組分別簡短彙報工作，以及提出對上級的要求等，接下來大家討論，這樣各小組之間可以互相通氣。

有時，有的小組要討論難於解決的問題，我就在組長會後參加該組的小組會。有的問題責任重大，我來拍板、承擔責任，讓具體工作人員沒有顧慮。

漂移室在組裝信號絲等電極絲時，要求在一間超凈無塵工作間內進行，以免在漂移室組裝完成後，漂移室內有灰塵，因而在電極絲加上高電壓時發生火花放電。但是要定購一套無塵的超凈工作間要二十多萬元，對於當時來說就是一大筆錢。大家都在思考，能否用更便宜的辦法來解決。我主張，一定要採用最可靠的辦法。經過討論，全小組人員都認為需要一間超凈無塵室，我隨即拍板決定購買，不讓具體工作人員有心理負擔。如果以後發現這一做法是浪費，我就做檢討，不把責任推給具體工作人員。後來，在實際使用中證明，這套無塵清潔工作間起到了非常重要的作用。

北京譜儀工程除了硬體之外，還需要編寫大量軟體。1984年工程一開始時，李政道、潘諾夫斯基等科學家多次提醒，應該馬上著手應對編寫軟體這個急迫的問題。我就同時抓緊準備軟體。但是，這一工程所需配套軟體的編寫是一個十分嚴峻的問題。根據國外的經驗，編寫高能物理實驗所需的種種軟體需要幾十人年。而當時高能物理所在這方面既缺少人才，又缺少經驗，而且軟體還需經過長期使用，才能找出問題。

當時所里有人滿懷信心，主張自力編寫。我雖然相信他們有能力，但工作量很大是客觀事實。如果由少數人來做，萬一到時間沒有完成，別人插不上手，怎麼辦。由於時間緊迫，研究組沒有充分的時間來自己編寫軟體，為了保險，以引進為主，自行開發為輔。通過國際合作，我們引進了需要的軟體。後來實際結果顯示，北京譜儀的硬體一建成，軟體同步跟上，譜儀馬上能分析宇宙線事例。

從事計算機技術的人都知道著名的「摩爾定律」，每兩年，計算機能力會增強一倍，而價格則會降一半。我抓緊計算中心的建設，親自主持計算機機型的選擇，確定採購的時機。一般大工程的慣例是在一開始就把計算機的全部預算用完。我按照工程各階段對於計算能力的需要，合理地分階段使用計算中心的投資添置計算機。這樣適應了計算機的性能價格比不斷提高的特點。計算中心的計算能力始終緊密跟著工程和物理研究的需要而不斷提高。最終，高能物理研究所計算中心的計算機能力，大大超過了原先的計劃，約是計劃的三、四倍之多。

那時候國外剛開始出現互聯網，中國還沒有。我第一次了解到電子郵件，方便、快捷、又省錢，但是，電子郵件由於受到禁運限制，一時無法建立。後來歐洲核子研究中心的朋友想出了一個辦法：在高能物理所建立一個歐洲核子研究中心的電子郵件郵箱帳號，可以實現在北京收發電子郵件。他們帶著所需軟硬體來到北京，安裝調試，終於幫助高能物理所建立了電子郵件系統。

1986年8月25日，吳為民同志在北京發出了我國第一封國際電子郵件，這也是我國發出的第一封電子郵件。高能物理所新設立的電子郵件系統大大方便了我國高能物理學家的國際交流，促進了我國高能物理的發展。並且高能物理所開放了自己的電子郵件系統，提供給我國其他單位的所有科學家使用，為大眾服務。

我雖然對北京譜儀工程信心十足，但也一直擔憂超出科研人員能力範圍的問題。我國當時受到國際禁運，北京譜儀需要的計算機、大量組件被禁止向中國出口。電子學線路必須自行設計專用組件，而這些組件只能在美國製造，如果樣樣都靠國內自力解決，必然要花費很多時間。這些問題將使研製計劃不能按時完成。

幸運的是，北京正負電子對撞機和北京譜儀的研製趕上了改革開放。李政道預見，通過中美合作，美國可以幫助解決中國在建造高能加速器方面的很多困難。因此李政道極力推動中美高能物理合作，雙方簽訂了中美高能物理合作協議。李政道還推動成立「中美高能物理聯合委員會」。提出擬請美方派到中國來幫助我們的人員和中方派人到美國學習的人員名單。中方通過中美合作，得到很多幫助，解決了不少難題，使我國的高能物理實驗室的建設能按計劃大步前進。

來源：中國科學院高能物理研究所

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