高能物理學是探索微觀粒子內(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)律性的一門學科，三十五年來，國際上高能物理學的進展非常迅速。1949 年，高能物理學還處在萌芽階段，當時物理學家們只知道光子、電子、質(zhì)子、中子、μ 子、正電子等數(shù)種粒子，而發(fā)現(xiàn)強作用粒子π 介子和奇異粒子才不過一、二年時間。能夠產(chǎn)生π 介子的加速器（約500 MeV）還剛剛在研制，一些先進的高能物理探測器，如氣泡室、火花室、流光室、契倫科夫計數(shù)器，多絲正比室、漂移室等等都還未出現(xiàn)。人們對粒子物理的認識很少，也是很膚淺的。三十五年來，隨著高能加速器和粒子探測技術(shù)、實驗方法的不斷發(fā)明、改進和發(fā)展，高能物理已經(jīng)取得了很大進展。人們對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；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；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)對稱性理論的證實；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 理論的初步試驗證實；中間矢量玻色子 W± 和 Z0 的發(fā)現(xiàn)等等。作為高能實驗物理工具的加速器也發(fā)展到了有周長為6 公里、加速能量高達800 GeV 的質(zhì)子加速器、2×31.5 GeV 的質(zhì)子–質(zhì)子對撞機、2×270 GeV 的質(zhì)子–反質(zhì)子對撞、2×23 GeV 的正負電子對撞機等，大型探測器已發(fā)展到做一實驗的整個裝置重達千噸以上，而且種類很多。一些先進的高能實驗室都配備有最先進的大型、快速、高貯存量的電子計算機。目前人們已經(jīng)認識到：強子可能是由6 種更小的粒子——夸克組成，且由膠子來傳遞它們之間的強作用；輕子也可能是由6種組成一個粒子族；弱作用和電磁作用可以由統(tǒng)一的規(guī)范場來描述等等。由于和實驗密切結(jié)合，粒子理論進展很快，高能物理學正處在青壯年階段。
在高能物理領(lǐng)域，我國與技術(shù)先進國家有很大差距。然而在解放后的三十五年來，我國高能物理界作了巨大努力。無論在實驗，理論和加速器研制等方面都取得了好的成果。從獲得國家自然科學獎來看，獲得一等獎（是三十五年來物理學獎中唯一的一個國家自然科學一等獎）、二等獎、三等獎、四等獎各一項。與此同時，高能隊伍還為國家重點工程及各個領(lǐng)域輸送了不少骨干人才。雖高能領(lǐng)域取得較大成績，但它在我國的發(fā)展確是經(jīng)歷了艱難的歷程。在慶祝國慶三十五周年時，回顧我國高能物理發(fā)展中所取得的成績，經(jīng)歷的經(jīng)驗與教訓(xùn)以及存在的問題，也許會對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)達的國家已開始大力籌建高能加速器。世界上第一個能量大于1GeV的加速器是1953年出現(xiàn)的（美國BNL的Cosmoiron，能量為3 GeV）。1955年，美國又建成6.2 GeV的質(zhì)子加速器Bevatron。我國在當時則是毫無條件可言，但鑒于它的技術(shù)及應(yīng)用可能與核工業(yè)有關(guān)，也確認了要開展高能物理的研究，故在第一個科學發(fā)展規(guī)劃（1956年批準）中規(guī)定，建立一臺2 GeV 電子同步加速器作為在我國發(fā)展高能物理的第一步。同時，立即組織人員進行調(diào)研，并于1957 年初派遣了一個七人小組去蘇聯(lián)學習，經(jīng)過一年多的努力，該組完成了2 GeV 的電子同步加速器的物理設(shè)計。1958 年大躍進，建設(shè)指標紛紛提高，一些同志感到2 GeV 電子同步加速器能量太低，并認為用電子作物理實驗范圍太窄，于是建議改為能量約15 GeV 強聚焦質(zhì)子同步加速器。并責成該實習組的同志在蘇聯(lián)完成該加速器的設(shè)計。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)當時正在制造中的第一臺7 GeV 強聚焦質(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)計思想吸收進去。1959 年經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)多次研究，認為上述方案規(guī)模太大，加以設(shè)計性能較差，決定暫停。
當時，蘇聯(lián)杜布納聯(lián)合核子研究所的科學家在中能強流的等時性迴旋加速器方面取得了重大的進展，與蘇聯(lián)談判后，決定改為建造一臺能量為420 MeV 的等時性迴旋加速器，為此派出了一個工作組，在聯(lián)合核子研究所進行了半年多的設(shè)計工作，完成了物理設(shè)計，并回國著手進行預(yù)研工作?？上У氖?960 年國家困難時期此項工作又被迫“下馬”。1965 年我國退出聯(lián)合所，確定建立一個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來抓。并于1973年在北京香山召開方案討論會，請全國有關(guān)單位和專家們參加。會上提出了很多方案，但最后初步提出了1 GeV 強流快脈沖同步加速器方案。1973 年，我國派代表團去美國考察?；貒螅岢?0 GeV 質(zhì)子同步加速器方案。該加速器設(shè)計用增強器作為注入器，增強器則用質(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。此方案代號為753工程并經(jīng)周總理批準，但工程困難很大，工作又時時受到干擾，進展很慢。1976 年又改為先完成一臺增強器，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 的強流方案，之后，考慮到西歐中心和美國BNL 的加速器為28 GeV 及33 GeV， 于是又把方案改為50 GeV，流強為1014/ 脈沖。經(jīng)廣泛討論研究，普遍認為如此強流當前技術(shù)上是無法達到，于是改為1013/ 脈沖，1978 年完成了初步設(shè)計，該設(shè)計的特點是迴避了增強器的困難，而用一臺200 MeV 直線加速器直接向主加速器注入。經(jīng)過一年左右的研究，發(fā)現(xiàn)不用增強器也存在著很多缺點， 故決定修改方案，即加建一臺2 GeV 的快脈沖增強器，用90 MeV 直線注入。此工程命名為87工程，計劃在1987 年建成。
1980年，由于國民經(jīng)濟調(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當前經(jīng)濟能力的發(fā)展路線，即從“質(zhì)子”改為“電 子”：1982 年正式批準建造一臺2.2 GeV 正負電子對撞機，要求1988 年建成此對撞機以及相應(yīng)的探測器設(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)研制階段才開始對直 線加速器、環(huán)形加速器的磁鐵、高頻、注入、真空、自動控制、電源等進行預(yù)先研究，創(chuàng)造了一些實驗條件。與此同時，還籌建了規(guī)模較大的工廠，建筑了六個預(yù)制大廳等等，為建立高能基地打下了基礎(chǔ)。從建國到六十年代，我國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，但通過這些加速器的建造，為高能加速器的建造，培養(yǎng)和儲備了人材，同時在技術(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 對撞機工程上，等等。
2. 高能實驗工作
高能實驗包括實驗物理，探測器及必要的附屬設(shè)備如快電子學、電子計算機等幾個部分，它們既相互有聯(lián)系，又相互獨立，進展的情況也很不一樣。
?。?）高能實驗物理 由于我國沒有高能加速器，所以進行高能實驗物理工作和培養(yǎng)高能實驗人才都是利用了國外的加速器。大致可分為二個階段。
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)相加速器開展實驗物理工作，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，我國還自己設(shè)計在聯(lián)合所照射乳膠迭，然后在國內(nèi)獨立做物理工作，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目。比較突出的是王淦昌小組發(fā)現(xiàn)反西格馬負超子的工作，榮獲1982 年國家自然科學一等獎。這期間的另一收獲是培養(yǎng)了一些高能實驗物理骨干。
第二階段是從1978 年到1983 年，我國派了一批骨干去美國各實驗室、西德DESY 和西歐中心、日本KEK 等實習或工作。粉碎四人幫以后，在高能物理方面我國與美國、西歐等加強了聯(lián)系、先后派出了兩個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，分別為三噴注現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和為實驗證實弱電統(tǒng)一的W-S 理論作出了貢獻。1979 年，由李政道先生發(fā)起，又派遣了幾十位同志去美國向較有名望的實驗學家學習1–2 年。主要是培干性質(zhì)。雖然這種方式在實驗物理上只能取得有限的成績，但對于培養(yǎng)我國高能實驗隊伍確是起了很大的作用。目前從事高能工程的骨干，不少是在國外進修學習過的。
（2）高能探測器的研制 從1956 年到1965 年我國加入蘇聯(lián)聯(lián)合原子核研究所期間，由于把高能經(jīng)費投到了聯(lián)合所，國內(nèi)除了在1963 年中國科技大 學建造了一個長30 厘米的試驗氟利昂泡室外，對于高能探測器的研制，基本上沒有開展。十年動亂這類工作也就完全停頓。1969 年8 月，由于計劃建造 高能強流質(zhì)子加速器，決定籌建探測設(shè)備的研制工作，成立了氣泡室，流光室，計數(shù)器等小組。一直到1975 年753 工程的上馬，才真正開始了對各種類 型探測器的研究。目前對于一些先進的高能探測器的技術(shù)，基本上已能掌握，并取得一定的成績。
?。?）快電子學 快電子學是高能實驗中的四大支柱（加速器、探測器、快電子學、計算機）之一。它在我國的發(fā)展是與原先的基礎(chǔ)——核電子學的 發(fā)展分不開的。
解放初，在中國科學院近代物理所籌建了一個核電子學小組，當時才五、六個人，從研制穩(wěn)壓、穩(wěn)流電源，線性放大器，計數(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)體探測器的發(fā)展和晶體管、集成電路逐步進入核電子儀器，使核電子學面貌發(fā)生了新的變化。三十年的歷史雄辯地證明核電子學處于非常重要地位。
在高能實驗中，對作用事例的信息獲取和處理，要求具有高的空間分辨率、時間分辨率和幅度分辨能力。由于多絲室等電子學計數(shù)器的大量使用，電子 學電路的通道數(shù)將以萬計。為了獲得足夠的有效事例數(shù)，龐大的電子學系統(tǒng)還必須在長達1000小時的情況下連續(xù)穩(wěn)定地工作。這就決定了整個電子學系 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，高能物理實驗將應(yīng)用核電子學中的最佳成就，同時把核電子學推向前進。
?。?）電子計算機 電子計算機是開展高能物理工作必不可少的工具。沒有電子計算機，就不可能盡快處理大量的數(shù)據(jù)，因而就談不上現(xiàn)代物理實驗?！ ?974 年高能所建立了計算機與數(shù)據(jù)處理研究室。1979 年以后，隨著與國外交往的日益增加，由國外引入的小型計算機與微計算機數(shù)量逐年增加，應(yīng)用日益 普遍。與此相應(yīng)，支持探測器性能檢測的軟件與軟件系統(tǒng)也發(fā)展起來了。在高能所中心計算機能力不足的情況下，還利用水利科學院的M-160機，建立了 相應(yīng)的程序庫，并即將完成終端設(shè)備的建立，為開展物理數(shù)據(jù)分析作好了準備。
我國高能物理學今天所取得的成績，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高能事業(yè)所作的具體指導(dǎo)；體現(xiàn)著黨的堅 強領(lǐng)導(dǎo)；凝結(jié)著我國許多老一輩著名科學家——錢三強、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)和正在成長的一代中、青年科學家和工程技術(shù)人員的辛勤勞動；國家各工業(yè)部門的大力協(xié)作；楊振寧、李政道、吳健雄、丁肇中、鄧昌黎、袁家騮以及許多國外華裔科學家的關(guān)懷和支持。在我國高能物理學家的發(fā)展中，他們的貢獻是起了重大作用的。
通過以上三十五年我國高能發(fā)展的回顧，至少有以下幾點經(jīng)驗值得重視。
（1）任何事情，如只“談”不“動”，就不會有進展。三十五年來，高能加速器和實驗的進展主要是在后十年。前二十五年基本上進展不大，原因就在于光“紙上談兵”，由于種種原因而沒能開展實際工作。事實上，只要動手干，就會有成績，隊伍也會不斷成長和壯大。
（2）我國現(xiàn)有的高能隊伍已是一支具有一定經(jīng)驗的物理和技術(shù)力量，他們是能夠勝任目前e+e–對撞機和北京探測器的研制建造任務(wù)的。問題在于必須很好地用改革精神加強組織管理工作，充分調(diào)動他們的積極性，發(fā)揮他們的潛力。
（3）高能物理是門綜合性的基礎(chǔ)學科。表面上看，似乎與國民經(jīng)濟發(fā)展關(guān)系不大。但長遠來看，可能會在重大的應(yīng)用方面有所突破，即使是目前已有的技術(shù)，如加速器、探測器、電子學等技術(shù)和工藝已有很多方面可實際應(yīng)用于為國民經(jīng)濟服務(wù)中。因此，發(fā)展高能物理所采用的先進技術(shù)，一定會對我國實現(xiàn)四個現(xiàn)代化起到應(yīng)有的作用。
（4）現(xiàn)代高能物理實驗大多采用高、精、尖的技術(shù)和工藝，是一項龐大的精密工程。這就需要有一定的時間來打基礎(chǔ)，不能急于求成。在經(jīng)費考慮上，應(yīng)千方百計用少花錢的辦法來辦高能。
現(xiàn)在看來，目前的高能計劃（在國內(nèi)建造和使用質(zhì)子直線加速器和e+e–對撞機及同步輻射設(shè)備）是比較符合實際的。它把高能物理與實際應(yīng)用密切起來了。此外，再在國外參加一些力所能及的合作，使不脫離國際前沿的發(fā)展。這樣，干部逐步培養(yǎng)出來，物質(zhì)基礎(chǔ)也逐步建立起來，等到以后國家經(jīng)濟力量雄厚時，步伐就可以再大些。
（本文摘自《高能物理》，1984, 9(03): 1-6，文章有五個部分，我們摘選了其中與基于粒子加速器的高能物理實驗的相關(guān)部分，來回顧北京正負電子對撞機（BEPC）建造前我國高能物理研究狀況。）
