高能物理學(xué)是探索微觀粒子內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性質(zhì)以及它們之間相互作用，相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律性的一門學(xué)科，三十五年來(lái)，國(guó)際上高能物理學(xué)的進(jìn)展非常迅速。1949 年，高能物理學(xué)還處在萌芽階段，當(dāng)時(shí)物理學(xué)家們只知道光子、電子、質(zhì)子、中子、μ 子、正電子等數(shù)種粒子，而發(fā)現(xiàn)強(qiáng)作用粒子π 介子和奇異粒子才不過(guò)一、二年時(shí)間。能夠產(chǎn)生π 介子的加速器（約500 MeV）還剛剛在研制，一些先進(jìn)的高能物理探測(cè)器，如氣泡室、火花室、流光室、契倫科夫計(jì)數(shù)器，多絲正比室、漂移室等等都還未出現(xiàn)。人們對(duì)粒子物理的認(rèn)識(shí)很少，也是很膚淺的。三十五年來(lái)，隨著高能加速器和粒子探測(cè)技術(shù)、實(shí)驗(yàn)方法的不斷發(fā)明、改進(jìn)和發(fā)展，高能物理已經(jīng)取得了很大進(jìn)展。人們對(duì)高能物理的了解大大加深了。出現(xiàn)了一些輝煌的成就，如弱作用中宇稱不守恒的提出和證實(shí)；反質(zhì)子、反 中子和反超子的發(fā)現(xiàn)；大量共振態(tài)粒子的發(fā)現(xiàn)；二類中微子Vμ 和Ve 的提出和證實(shí)；K0 衰變中CP不守恒的發(fā)現(xiàn)；Ω– 粒子的發(fā)現(xiàn)以及SU(3)對(duì)稱性理論的證實(shí)；J/ψ 粒子的發(fā)現(xiàn)；重輕子τ 的發(fā)現(xiàn)；γ 粒子的發(fā)現(xiàn)；弱電統(tǒng)一的W–S 理論的初步試驗(yàn)證實(shí)；中間矢量玻色子 W± 和 Z0 的發(fā)現(xiàn)等等。作為高能實(shí)驗(yàn)物理工具的加速器也發(fā)展到了有周長(zhǎng)為6 公里、加速能量高達(dá)800 GeV 的質(zhì)子加速器、2×31.5 GeV 的質(zhì)子–質(zhì)子對(duì)撞機(jī)、2×270 GeV 的質(zhì)子–反質(zhì)子對(duì)撞、2×23 GeV 的正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)等，大型探測(cè)器已發(fā)展到做一實(shí)驗(yàn)的整個(gè)裝置重達(dá)千噸以上，而且種類很多。一些先進(jìn)的高能實(shí)驗(yàn)室都配備有最先進(jìn)的大型、快速、高貯存量的電子計(jì)算機(jī)。目前人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到：強(qiáng)子可能是由6 種更小的粒子——夸克組成，且由膠子來(lái)傳遞它們之間的強(qiáng)作用；輕子也可能是由6種組成一個(gè)粒子族；弱作用和電磁作用可以由統(tǒng)一的規(guī)范場(chǎng)來(lái)描述等等。由于和實(shí)驗(yàn)密切結(jié)合，粒子理論進(jìn)展很快，高能物理學(xué)正處在青壯年階段。
在高能物理領(lǐng)域，我國(guó)與技術(shù)先進(jìn)國(guó)家有很大差距。然而在解放后的三十五年來(lái)，我國(guó)高能物理界作了巨大努力。無(wú)論在實(shí)驗(yàn)，理論和加速器研制等方面都取得了好的成果。從獲得國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)來(lái)看，獲得一等獎(jiǎng)（是三十五年來(lái)物理學(xué)獎(jiǎng)中唯一的一個(gè)國(guó)家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)）、二等獎(jiǎng)、三等獎(jiǎng)、四等獎(jiǎng)各一項(xiàng)。與此同時(shí)，高能隊(duì)伍還為國(guó)家重點(diǎn)工程及各個(gè)領(lǐng)域輸送了不少骨干人才。雖高能領(lǐng)域取得較大成績(jī)，但它在我國(guó)的發(fā)展確是經(jīng)歷了艱難的歷程。在慶祝國(guó)慶三十五周年時(shí)，回顧我國(guó)高能物理發(fā)展中所取得的成績(jī)，經(jīng)歷的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)以及存在的問(wèn)題，也許會(huì)對(duì)今后的工作有所幫助。
1. 高能加速器工作
五十年代初，蘇、美、歐等少數(shù)工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家已開始大力籌建高能加速器。世界上第一個(gè)能量大于1GeV的加速器是1953年出現(xiàn)的（美國(guó)BNL的Cosmoiron，能量為3 GeV）。1955年，美國(guó)又建成6.2 GeV的質(zhì)子加速器Bevatron。我國(guó)在當(dāng)時(shí)則是毫無(wú)條件可言，但鑒于它的技術(shù)及應(yīng)用可能與核工業(yè)有關(guān)，也確認(rèn)了要開展高能物理的研究，故在第一個(gè)科學(xué)發(fā)展規(guī)劃（1956年批準(zhǔn)）中規(guī)定，建立一臺(tái)2 GeV 電子同步加速器作為在我國(guó)發(fā)展高能物理的第一步。同時(shí)，立即組織人員進(jìn)行調(diào)研，并于1957 年初派遣了一個(gè)七人小組去蘇聯(lián)學(xué)習(xí)，經(jīng)過(guò)一年多的努力，該組完成了2 GeV 的電子同步加速器的物理設(shè)計(jì)。1958 年大躍進(jìn)，建設(shè)指標(biāo)紛紛提高，一些同志感到2 GeV 電子同步加速器能量太低，并認(rèn)為用電子作物理實(shí)驗(yàn)范圍太窄，于是建議改為能量約15 GeV 強(qiáng)聚焦質(zhì)子同步加速器。并責(zé)成該實(shí)習(xí)組的同志在蘇聯(lián)完成該加速器的設(shè)計(jì)。由于種種原因，最后完成的方案其能量為12 GeV，它是在蘇聯(lián)當(dāng)時(shí)正在制造中的第一臺(tái)7 GeV 強(qiáng)聚焦質(zhì)子同步加速器的基礎(chǔ)上修改而成的，未能將蘇聯(lián)也正在建造10 GeV 的質(zhì)子同步穩(wěn)相加速器。歐美的一些新的設(shè)計(jì)思想吸收進(jìn)去。1959 年經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)多次研究，認(rèn)為上述方案規(guī)模太大，加以設(shè)計(jì)性能較差，決定暫停。
當(dāng)時(shí)，蘇聯(lián)杜布納聯(lián)合核子研究所的科學(xué)家在中能強(qiáng)流的等時(shí)性迴旋加速器方面取得了重大的進(jìn)展，與蘇聯(lián)談判后，決定改為建造一臺(tái)能量為420 MeV 的等時(shí)性迴旋加速器，為此派出了一個(gè)工作組，在聯(lián)合核子研究所進(jìn)行了半年多的設(shè)計(jì)工作，完成了物理設(shè)計(jì)，并回國(guó)著手進(jìn)行預(yù)研工作?？上У氖?960 年國(guó)家困難時(shí)期此項(xiàng)工作又被迫“下馬”。1965 年我國(guó)退出聯(lián)合所，確定建立一個(gè)3 GeV（后提高到6 GeV）的質(zhì)子同步加速器，并開始了選址等具體工作。1966 年文化大革命開始，項(xiàng)目再次下馬。
1972年，周總理指示仍要把高能物理研究作為重點(diǎn)來(lái)抓。并于1973年在北京香山召開方案討論會(huì)，請(qǐng)全國(guó)有關(guān)單位和專家們參加。會(huì)上提出了很多方案，但最后初步提出了1 GeV 強(qiáng)流快脈沖同步加速器方案。1973 年，我國(guó)派代表團(tuán)去美國(guó)考察?；貒?guó)后，提出40 GeV 質(zhì)子同步加速器方案。該加速器設(shè)計(jì)用增強(qiáng)器作為注入器，增強(qiáng)器則用質(zhì)子直線作為注入器，接著開始了質(zhì)子直線加速器的預(yù)制研究。此方案代號(hào)為753工程并經(jīng)周總理批準(zhǔn)，但工程困難很大，工作又時(shí)時(shí)受到干擾，進(jìn)展很慢。1976 年又改為先完成一臺(tái)增強(qiáng)器，然后再開展主加速器的建造。
粉碎“四人幫”以后，又重新論證高能加速器方案。先提出30 GeV 的強(qiáng)流方案，之后，考慮到西歐中心和美國(guó)BNL 的加速器為28 GeV 及33 GeV， 于是又把方案改為50 GeV，流強(qiáng)為1014/ 脈沖。經(jīng)廣泛討論研究，普遍認(rèn)為如此強(qiáng)流當(dāng)前技術(shù)上是無(wú)法達(dá)到，于是改為1013/ 脈沖，1978 年完成了初步設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是迴避了增強(qiáng)器的困難，而用一臺(tái)200 MeV 直線加速器直接向主加速器注入。經(jīng)過(guò)一年左右的研究，發(fā)現(xiàn)不用增強(qiáng)器也存在著很多缺點(diǎn)， 故決定修改方案，即加建一臺(tái)2 GeV 的快脈沖增強(qiáng)器，用90 MeV 直線注入。此工程命名為87工程，計(jì)劃在1987 年建成。
1980年，由于國(guó)民經(jīng)濟(jì)調(diào)整，決定87工程緩建。之后又重新論證方案，決定采取一條比較符合我國(guó)當(dāng)前經(jīng)濟(jì)能力的發(fā)展路線，即從“質(zhì)子”改為“電 子”：1982 年正式批準(zhǔn)建造一臺(tái)2.2 GeV 正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)，要求1988 年建成此對(duì)撞機(jī)以及相應(yīng)的探測(cè)器設(shè)備和應(yīng)用同步輻射的設(shè)備。
總之，從1956年規(guī)劃起，一直到1982年的27年中，高能加速器始終處于方案的爭(zhēng)論上，一直是紙上談兵。只是在87 工程的預(yù)研制階段才開始對(duì)直 線加速器、環(huán)形加速器的磁鐵、高頻、注入、真空、自動(dòng)控制、電源等進(jìn)行預(yù)先研究，創(chuàng)造了一些實(shí)驗(yàn)條件。與此同時(shí)，還籌建了規(guī)模較大的工廠，建筑了六個(gè)預(yù)制大廳等等，為建立高能基地打下了基礎(chǔ)。從建國(guó)到六十年代，我國(guó)先后建成了高壓加速器、靜電加速器、感應(yīng)加速器、電子直線加速器、迴旋加速器等等。這些加速器都是低能加速器，但通過(guò)這些加速器的建造，為高能加速器的建造，培養(yǎng)和儲(chǔ)備了人材，同時(shí)在技術(shù)方面也奠定了必要的基礎(chǔ)，譬如六十年代為電子直線加速器研制成功的大功率速調(diào)管，即可直接用于2.2 GeV 對(duì)撞機(jī)工程上，等等。
2. 高能實(shí)驗(yàn)工作
高能實(shí)驗(yàn)包括實(shí)驗(yàn)物理，探測(cè)器及必要的附屬設(shè)備如快電子學(xué)、電子計(jì)算機(jī)等幾個(gè)部分，它們既相互有聯(lián)系，又相互獨(dú)立，進(jìn)展的情況也很不一樣。
?。?）高能實(shí)驗(yàn)物理 由于我國(guó)沒有高能加速器，所以進(jìn)行高能實(shí)驗(yàn)物理工作和培養(yǎng)高能實(shí)驗(yàn)人才都是利用了國(guó)外的加速器。大致可分為二個(gè)階段。
第一階段是從1956 年到1965 年，這期間大約有六、七十人先后赴蘇聯(lián)聯(lián)合原子核研究所，利用杜布納10GeV 的質(zhì)子同步穩(wěn)相加速器開展實(shí)驗(yàn)物理工作，如氣泡的物理工作，核乳膠的分析工作，火花室的建造等等，到六十年代末，我國(guó)還自己設(shè)計(jì)在聯(lián)合所照射乳膠迭，然后在國(guó)內(nèi)獨(dú)立做物理工作，如研究高能π 與核子的非彈性作用，取得了發(fā)現(xiàn)在1.58 GeV 處有共振峰的成果。在聯(lián)合所這段期間，完成了不少具體的研究課題和工作項(xiàng)目。比較突出的是王淦昌小組發(fā)現(xiàn)反西格馬負(fù)超子的工作，榮獲1982 年國(guó)家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)。這期間的另一收獲是培養(yǎng)了一些高能實(shí)驗(yàn)物理骨干。
第二階段是從1978 年到1983 年，我國(guó)派了一批骨干去美國(guó)各實(shí)驗(yàn)室、西德DESY 和西歐中心、日本KEK 等實(shí)習(xí)或工作。粉碎四人幫以后，在高能物理方面我國(guó)與美國(guó)、西歐等加強(qiáng)了聯(lián)系、先后派出了兩個(gè)小組分別與丁肇中教授及莫瑋教授合作，取得了一定的成績(jī)，分別為三噴注現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和為實(shí)驗(yàn)證實(shí)弱電統(tǒng)一的W-S 理論作出了貢獻(xiàn)。1979 年，由李政道先生發(fā)起，又派遣了幾十位同志去美國(guó)向較有名望的實(shí)驗(yàn)學(xué)家學(xué)習(xí)1–2 年。主要是培干性質(zhì)。雖然這種方式在實(shí)驗(yàn)物理上只能取得有限的成績(jī)，但對(duì)于培養(yǎng)我國(guó)高能實(shí)驗(yàn)隊(duì)伍確是起了很大的作用。目前從事高能工程的骨干，不少是在國(guó)外進(jìn)修學(xué)習(xí)過(guò)的。
?。?）高能探測(cè)器的研制 從1956 年到1965 年我國(guó)加入蘇聯(lián)聯(lián)合原子核研究所期間，由于把高能經(jīng)費(fèi)投到了聯(lián)合所，國(guó)內(nèi)除了在1963 年中國(guó)科技大 學(xué)建造了一個(gè)長(zhǎng)30 厘米的試驗(yàn)氟利昂泡室外，對(duì)于高能探測(cè)器的研制，基本上沒有開展。十年動(dòng)亂這類工作也就完全停頓。1969 年8 月，由于計(jì)劃建造 高能強(qiáng)流質(zhì)子加速器，決定籌建探測(cè)設(shè)備的研制工作，成立了氣泡室，流光室，計(jì)數(shù)器等小組。一直到1975 年753 工程的上馬，才真正開始了對(duì)各種類 型探測(cè)器的研究。目前對(duì)于一些先進(jìn)的高能探測(cè)器的技術(shù)，基本上已能掌握，并取得一定的成績(jī)。
?。?）快電子學(xué) 快電子學(xué)是高能實(shí)驗(yàn)中的四大支柱（加速器、探測(cè)器、快電子學(xué)、計(jì)算機(jī)）之一。它在我國(guó)的發(fā)展是與原先的基礎(chǔ)——核電子學(xué)的 發(fā)展分不開的。
解放初，在中國(guó)科學(xué)院近代物理所籌建了一個(gè)核電子學(xué)小組，當(dāng)時(shí)才五、六個(gè)人，從研制穩(wěn)壓、穩(wěn)流電源，線性放大器，計(jì)數(shù)器，率表、積分和微分 甄別器開始，到五十年代末期，核電子儀器工作取得了全面進(jìn)展，有些成果逐步推廣成為產(chǎn)品。從六十年代后期，隨著半導(dǎo)體探測(cè)器的發(fā)展和晶體管、集成電路逐步進(jìn)入核電子儀器，使核電子學(xué)面貌發(fā)生了新的變化。三十年的歷史雄辯地證明核電子學(xué)處于非常重要地位。
在高能實(shí)驗(yàn)中，對(duì)作用事例的信息獲取和處理，要求具有高的空間分辨率、時(shí)間分辨率和幅度分辨能力。由于多絲室等電子學(xué)計(jì)數(shù)器的大量使用，電子 學(xué)電路的通道數(shù)將以萬(wàn)計(jì)。為了獲得足夠的有效事例數(shù)，龐大的電子學(xué)系統(tǒng)還必須在長(zhǎng)達(dá)1000小時(shí)的情況下連續(xù)穩(wěn)定地工作。這就決定了整個(gè)電子學(xué)系 統(tǒng)的規(guī)模必然十分龐大、復(fù)雜，還要求十分可靠。從技術(shù)角度看，高能物理實(shí)驗(yàn)將應(yīng)用核電子學(xué)中的最佳成就，同時(shí)把核電子學(xué)推向前進(jìn)。
?。?）電子計(jì)算機(jī) 電子計(jì)算機(jī)是開展高能物理工作必不可少的工具。沒有電子計(jì)算機(jī)，就不可能盡快處理大量的數(shù)據(jù)，因而就談不上現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)?！ ?974 年高能所建立了計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)處理研究室。1979 年以后，隨著與國(guó)外交往的日益增加，由國(guó)外引入的小型計(jì)算機(jī)與微計(jì)算機(jī)數(shù)量逐年增加，應(yīng)用日益 普遍。與此相應(yīng)，支持探測(cè)器性能檢測(cè)的軟件與軟件系統(tǒng)也發(fā)展起來(lái)了。在高能所中心計(jì)算機(jī)能力不足的情況下，還利用水利科學(xué)院的M-160機(jī)，建立了 相應(yīng)的程序庫(kù)，并即將完成終端設(shè)備的建立，為開展物理數(shù)據(jù)分析作好了準(zhǔn)備。
我國(guó)高能物理學(xué)今天所取得的成績(jī)，浸注著敬愛的周總理、鄧小平同志的關(guān)懷，方毅同志受黨中央委托對(duì)高能事業(yè)所作的具體指導(dǎo)；體現(xiàn)著黨的堅(jiān) 強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)；凝結(jié)著我國(guó)許多老一輩著名科學(xué)家——錢三強(qiáng)、王淦昌、彭桓武、胡寧、張宗燧、趙忠堯、張文裕、何澤慧、朱洪元、謝家麟、蕭健、力一、鄭林生、馮錫璋等的精心培育以及已經(jīng)和正在成長(zhǎng)的一代中、青年科學(xué)家和工程技術(shù)人員的辛勤勞動(dòng)；國(guó)家各工業(yè)部門的大力協(xié)作；楊振寧、李政道、吳健雄、丁肇中、鄧昌黎、袁家騮以及許多國(guó)外華裔科學(xué)家的關(guān)懷和支持。在我國(guó)高能物理學(xué)家的發(fā)展中，他們的貢獻(xiàn)是起了重大作用的。
通過(guò)以上三十五年我國(guó)高能發(fā)展的回顧，至少有以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)值得重視。
（1）任何事情，如只“談”不“動(dòng)”，就不會(huì)有進(jìn)展。三十五年來(lái)，高能加速器和實(shí)驗(yàn)的進(jìn)展主要是在后十年。前二十五年基本上進(jìn)展不大，原因就在于光“紙上談兵”，由于種種原因而沒能開展實(shí)際工作。事實(shí)上，只要?jiǎng)邮指?，就?huì)有成績(jī)，隊(duì)伍也會(huì)不斷成長(zhǎng)和壯大。
（2）我國(guó)現(xiàn)有的高能隊(duì)伍已是一支具有一定經(jīng)驗(yàn)的物理和技術(shù)力量，他們是能夠勝任目前e+e–對(duì)撞機(jī)和北京探測(cè)器的研制建造任務(wù)的。問(wèn)題在于必須很好地用改革精神加強(qiáng)組織管理工作，充分調(diào)動(dòng)他們的積極性，發(fā)揮他們的潛力。
（3）高能物理是門綜合性的基礎(chǔ)學(xué)科。表面上看，似乎與國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)系不大。但長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，可能會(huì)在重大的應(yīng)用方面有所突破，即使是目前已有的技術(shù)，如加速器、探測(cè)器、電子學(xué)等技術(shù)和工藝已有很多方面可實(shí)際應(yīng)用于為國(guó)民經(jīng)濟(jì)服務(wù)中。因此，發(fā)展高能物理所采用的先進(jìn)技術(shù)，一定會(huì)對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)四個(gè)現(xiàn)代化起到應(yīng)有的作用。
（4）現(xiàn)代高能物理實(shí)驗(yàn)大多采用高、精、尖的技術(shù)和工藝，是一項(xiàng)龐大的精密工程。這就需要有一定的時(shí)間來(lái)打基礎(chǔ)，不能急于求成。在經(jīng)費(fèi)考慮上，應(yīng)千方百計(jì)用少花錢的辦法來(lái)辦高能。
現(xiàn)在看來(lái)，目前的高能計(jì)劃（在國(guó)內(nèi)建造和使用質(zhì)子直線加速器和e+e–對(duì)撞機(jī)及同步輻射設(shè)備）是比較符合實(shí)際的。它把高能物理與實(shí)際應(yīng)用密切起來(lái)了。此外，再在國(guó)外參加一些力所能及的合作，使不脫離國(guó)際前沿的發(fā)展。這樣，干部逐步培養(yǎng)出來(lái)，物質(zhì)基礎(chǔ)也逐步建立起來(lái)，等到以后國(guó)家經(jīng)濟(jì)力量雄厚時(shí)，步伐就可以再大些。
（本文摘自《高能物理》，1984, 9(03): 1-6，文章有五個(gè)部分，我們摘選了其中與基于粒子加速器的高能物理實(shí)驗(yàn)的相關(guān)部分，來(lái)回顧北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)（BEPC）建造前我國(guó)高能物理研究狀況。）
