1988年10月16日，我國第一臺大科學(xué)裝置——北京正負(fù)電子對撞機(jī)（Beijing Electron Positron Collider，BEPC）首次實(shí)現(xiàn)了正負(fù)電子對撞，宣告建成。至今，已經(jīng)整整30年。這30年，是我國科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的30年，特別是基礎(chǔ)科學(xué)有了長足進(jìn)步，一些領(lǐng)域已經(jīng)躋身國際先進(jìn)行列，一些領(lǐng)域與國際先進(jìn)水平的差距已大大縮小。以BEPC建設(shè)為起點(diǎn)，高能加速器、高能物理領(lǐng)域這30年走過的道路，正是我國科學(xué)技術(shù)30年發(fā)展歷程的一個縮影。

　　在國家的支持下，中國的高能物理研究實(shí)現(xiàn)了飛躍發(fā)展，從零起步，在國際高能物理界從“占有一席之地”發(fā)展為走在前列，不僅實(shí)現(xiàn)了占據(jù)τ-粲物理國際領(lǐng)先地位，還開拓了中微子研究領(lǐng)域并取得重大成果，并在宇宙線實(shí)驗(yàn)、暗物質(zhì)探測、X射線天體物理研究等方面取得長足進(jìn)步；同步輻射光源、散裂中子源等大型多學(xué)科交叉研究平臺的建設(shè)迅速發(fā)展，成為國家科技創(chuàng)新體系的重要單元。同時，在技術(shù)創(chuàng)新和成果轉(zhuǎn)化、人才培養(yǎng)方面也取得了一系列驕人成績。時至今日，回顧BEPC工程建設(shè)、科學(xué)研究、技術(shù)發(fā)展的成就，對于我們未來的工作，有著寶貴的借鑒意義。

　　BEPC奠定了我國高能物理發(fā)展的根基

　　BEPC是在鄧小平同志的直接關(guān)懷下建設(shè)的我國第一臺大科學(xué)裝置，1984年10月7日動工建設(shè)，1988年10月16日建造成功，成為國際上τ-粲物理能區(qū)性能最好的對撞機(jī)，2004年—2009年BEPC進(jìn)行了重大升級改造，成為國際先進(jìn)的雙環(huán)對撞機(jī)。它的建造成功和升級，分別獲得國家科技進(jìn)步獎特等獎（1990年）和一等獎（2016年），不僅是中國高能物理發(fā)展史上的重要里程碑，也是中國高科技發(fā)展的重要象征。

圖1 國際上τ- 粲能區(qū)正負(fù)電子對撞機(jī)的亮度發(fā)展的歷史

　　依托BEPC，30年來我國高能物理研究蓬勃發(fā)展，結(jié)出了豐碩的成果，確立并發(fā)展了在粲物理研究領(lǐng)域國際領(lǐng)先地位，以我為主的北京譜儀（Beijing Spectrometer，BES）實(shí)驗(yàn)取得一系列國際領(lǐng)先的研究成果，包括τ輕子質(zhì)量的精確測量、2-5GeV能區(qū)強(qiáng)子反應(yīng)截面（R值）測量、發(fā)現(xiàn)新強(qiáng)子態(tài)、發(fā)現(xiàn)帶電類粲偶素Zc(3900)、J/ψ共振參數(shù)的精確測量、Ds物理研究、ψ（2S）粒子及粲夸克偶素物理的實(shí)驗(yàn)研究、J/ψ衰變物理的實(shí)驗(yàn)研究等，在國際著名期刊上發(fā)表文章400多篇，被國際權(quán)威《粒子物理手冊（PDG）》引用的成果500多項(xiàng)，獲得省部級以上獎勵40多項(xiàng)，其中國家自然科學(xué)獎二等獎5項(xiàng)。在本土高能物理實(shí)驗(yàn)取得成功的基礎(chǔ)上，我國科學(xué)家還參與了國際高能物理前沿研究最重要的實(shí)驗(yàn)并作出重要的貢獻(xiàn)，如歐洲大型強(qiáng)子對撞機(jī)LHC上的CMS、ATLAS等實(shí)驗(yàn)，AMS實(shí)驗(yàn)等，提升了中國在國際高能物理領(lǐng)域的顯示度。

　　BEPC“一機(jī)兩用”，也是同步輻射裝置，是目前國內(nèi)唯一可以提供從硬X射線到真空紫外光的寬波段同步輻射光源，每年向用戶提供2000小時專用實(shí)驗(yàn)機(jī)時，為凝聚態(tài)物理、材料科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、資源環(huán)境、微電子及微機(jī)械技術(shù)等多學(xué)科應(yīng)用研究提供了先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)平臺，支撐用戶獲得了解析SARS病毒主蛋白酶及其抑制劑結(jié)構(gòu)、測定高等植物捕光膜蛋白復(fù)合物結(jié)構(gòu)、發(fā)現(xiàn)砷劑治療白血病的機(jī)制等重要成果。

　　BEPC的建設(shè)使我國的磁鐵、真空、微波、電源、精密機(jī)械、準(zhǔn)直測量、低溫、超導(dǎo)等高能加速器關(guān)鍵技術(shù)獲得飛速發(fā)展。1990年代后期，高能所又開展了新光源的設(shè)計(jì)與預(yù)研，這后來發(fā)展成為上海光源。21世紀(jì)初，散裂中子源等加速器開始規(guī)劃，經(jīng)過十多年的努力，今年成功完成建設(shè)任務(wù)。近年來，高能所還完成了用于驅(qū)動核反應(yīng)堆的強(qiáng)流質(zhì)子加速器的注入器，已達(dá)到10mA@10MeV的世界最好水平。新設(shè)計(jì)的高能同步輻射光源（High Energy Photon Source，HEPS）即將開始建設(shè)，其發(fā)射度指標(biāo)是世界最好的，表明我國加速器技術(shù)已經(jīng)走上國際前列。

　　2018年6月，中國科學(xué)院高能物理研究所進(jìn)行了國際評估，包括兩位諾貝爾物理學(xué)獎獲得者在內(nèi)的18位國際頂尖專家組成的評委會認(rèn)為：“高能物理所已經(jīng)成為國際重要的粒子物理實(shí)驗(yàn)室之一。除了歐洲核子中心外，我們認(rèn)為高能物理所可以與世界其他主要高能物理實(shí)驗(yàn)室相媲美，包括美國斯坦福直線加速器中心、美國費(fèi)米國家加速器實(shí)驗(yàn)室、日本高能加速器研究機(jī)構(gòu)等。”中國的高能物理理發(fā)展到今天，獲得如此評價，追本溯源，與BEPC的建設(shè)和30年來的成功運(yùn)行是分不不開的。

　　BEPC建造及發(fā)展的成功經(jīng)驗(yàn)帶來的啟示

　　我國的高能物理發(fā)展道路是艱辛曲折的，30年來BEPC走過的也絕非坦途，回顧它的成功建造、運(yùn)行以及所取得的令世界矚目的重大成果，可以得到以下啟示。

　　1.要綜合考慮前沿科學(xué)目標(biāo)、國家實(shí)力與需求、學(xué)科自身發(fā)展目標(biāo)來選擇裝置建造方案。高能加速器建造方案經(jīng)歷了“七上七下”，直到2×22 億電子伏特的BEPC建造方案被提出，得到科學(xué)界的共識和國家的支持，成功上馬。這一方案的對撞機(jī)規(guī)模雖然不太大，但所選擇的能區(qū)是τ-粲物理的一個“富礦區(qū)”，可為我國的高能物理研究后來居上提供機(jī)遇和支撐；涵蓋的技術(shù)很全面，建造投資僅為2.4億元，既可以建設(shè)國內(nèi)的高能物理實(shí)驗(yàn)基地，又可以培養(yǎng)鍛造我國相關(guān)高技術(shù)的骨干力量，也是當(dāng)時我國財(cái)力和工業(yè)技術(shù)能力可以承擔(dān)的；同時，同步輻射光源也有廣闊的應(yīng)用價值，可謂兼顧國情、前沿科學(xué)目標(biāo)和我國高能物理學(xué)科發(fā)展的最佳方案。在BEPC這30年運(yùn)行期間，BES實(shí)驗(yàn)積累了τ-粲能區(qū)世界最大的數(shù)據(jù)樣本，藉此取得若干重大物理成果，確立了我國在τ-粲物理領(lǐng)域的國際領(lǐng)先地位。

　　2.要敢于接受技術(shù)上的挑戰(zhàn)。在決策建設(shè)BEPC前，針對質(zhì)子打固定靶和電子對撞方案是有爭論的，國際上更有科學(xué)家指出，想要跳過建設(shè)固定靶加速器的經(jīng)驗(yàn)積累，直接建設(shè)電子對撞機(jī)就“好比站在月臺上，想跳上一列飛馳而來的特快列車。如果跳上了，從此走在世界前列，否則將粉身碎骨”，而事實(shí)證明我們不僅成功建造了BEPC，還使之成為國際τ-粲能區(qū)最好的對撞機(jī)。在決策BEPC重大改造方案前，面對美國康奈爾大學(xué)加速器CESR的正面競爭，我們經(jīng)過反復(fù)計(jì)算、研討和評估風(fēng)險(xiǎn)，克服了隧道截面小、對撞區(qū)短的難點(diǎn)，把改造方案從麻花軌道單環(huán)方案修改為雙環(huán)方案，從把BEPC性能提高7倍左右，到可以提高100倍左右。事實(shí)是康奈爾大學(xué)的加速器CESRc的改造只達(dá)到了預(yù)期性能的1/5-1/8，而我們的BEPCII性能比它高了一個量級。BEPCII 投入運(yùn)行后，CESRc就關(guān)閉了，在其上工作的美國6所大學(xué)的物理學(xué)家參加了BESIII實(shí)驗(yàn)的合作。

　　3.對于高能物理學(xué)科發(fā)展來說，國內(nèi)的實(shí)驗(yàn)基地始終是鞏固和發(fā)展國際學(xué)術(shù)地位的基礎(chǔ)。在BEPC建成前，我國科學(xué)家只能參與別的國家主導(dǎo)的高能物理實(shí)驗(yàn)。1988年BEPC和BES建成并投入運(yùn)行，是粲物理能區(qū)最好的實(shí)驗(yàn)裝置，我們終于有條件作為東道國組織多國科學(xué)家參與的、大規(guī)模的物理實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行以中方為主的國際合作。1992年，參與科學(xué)研究的中美科學(xué)家組成了一個合作組，稱作BES合作組，在不長的時間內(nèi)就發(fā)展為來自中國、美國的20多所大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)參加的大型國際合作組。之后，隨著裝置的改造，BESII 、BESIII合作組延續(xù)至今。目前，BESⅢ合作組有來自14個國家和地區(qū)的60多個研究單位的450多位科學(xué)家參加。合作組成員在物理課題選取、運(yùn)行計(jì)劃安排、數(shù)據(jù)分析、文章評審、參與國際會議、機(jī)制和規(guī)章建立和未來發(fā)展等多方面通力合作，按國際規(guī)則辦事，在輕強(qiáng)子譜、粲偶素物理、粲物理、量子色動力學(xué)和τ物理等方面取得了一系列豐碩的實(shí)驗(yàn)成果。

　　4.裝置建設(shè)方案盡可能兼顧其他學(xué)科的需求。由于高能物理實(shí)驗(yàn)裝置造價十分高昂，因而在滿足高能物理實(shí)驗(yàn)需求的同時，應(yīng)盡可能兼顧到其他學(xué)科的需求，成為多科學(xué)的公共實(shí)驗(yàn)平臺。BEPC是按照“一機(jī)兩用”原則進(jìn)行設(shè)計(jì)的，既是高能物理實(shí)驗(yàn)裝置，又是同步輻射光源，這一模式取得了成功。在其上建設(shè)的北京同步輻射裝置（BSRF）1991年投入運(yùn)行，研究領(lǐng)域涵蓋了物理、納米科學(xué)、材料科學(xué)、信息科學(xué)、化學(xué)化工、生命科學(xué)、資源環(huán)境、醫(yī)學(xué)等，每年可支撐來自國內(nèi)外的近百個研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)的千余名用戶進(jìn)行200多個課題實(shí)驗(yàn)。另外，2010年在直線加速器的末端還建立了中能核物理實(shí)驗(yàn)裝置，在儲存環(huán)進(jìn)行高能物理或同步輻射實(shí)驗(yàn)期間，將電子束偏轉(zhuǎn)到核物理試驗(yàn)站，開展束流實(shí)驗(yàn)和輻照實(shí)驗(yàn)；或?qū)⒄娮邮D(zhuǎn)到實(shí)驗(yàn)站，開展納米材料、先進(jìn)半導(dǎo)體、核材料和高分子材料領(lǐng)域的研究。

　　5.大科學(xué)裝置研制一定是高科技發(fā)展的沃土。BEPC工程以及BEPCII工程的作用決不僅限于為基礎(chǔ)研究提供更先進(jìn)的科研手段和條件，由于對撞機(jī)的建造牽扯到的學(xué)科綜合、技術(shù)精尖，實(shí)際上促進(jìn)、推動了我國高科技領(lǐng)域多方面的發(fā)展，帶動了大功率速調(diào)管、加速管、超導(dǎo)射頻、高性能磁鐵、精密機(jī)械、高穩(wěn)定電源、超高真空、超導(dǎo)磁鐵、大規(guī)模低溫系統(tǒng)、束流測量、計(jì)算機(jī)自動控制、核探測器、快電子學(xué)、高速數(shù)據(jù)獲取和數(shù)據(jù)密集型計(jì)算等高新技術(shù)的發(fā)展。在工程建設(shè)的聯(lián)合攻關(guān)中，項(xiàng)目的需求轉(zhuǎn)化為企業(yè)的動力，企業(yè)從科研單位無償?shù)玫叫畔?、資料和科研方法的訓(xùn)練，成為企業(yè)繼續(xù)發(fā)展的無形資產(chǎn)；通過聯(lián)合研發(fā)，企業(yè)改進(jìn)了生產(chǎn)工藝和質(zhì)量保證體系，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和指標(biāo)。企業(yè)由此得到的不僅是直接的經(jīng)濟(jì)效益，而且也得到了鍛煉，掌握了方法，有了進(jìn)一步發(fā)展的動力和機(jī)會。比如，BES建設(shè)期間的速調(diào)管研制極大地推動了我國廣播通訊事業(yè)的發(fā)展；BESⅢ的高精度機(jī)械加工需求極大地推動了成都飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司的技術(shù)能力，為我國的航空事業(yè)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。由于BEPC的建設(shè)，高能所建設(shè)了國內(nèi)當(dāng)時最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，引進(jìn)了互聯(lián)網(wǎng)、萬維網(wǎng)和網(wǎng)格計(jì)算，是國內(nèi)首個國際郵件（email）和WWW網(wǎng)頁的發(fā)源地。

　　6.要堅(jiān)持自主創(chuàng)新與國際合作相結(jié)合。國際合作是高能物理實(shí)驗(yàn)研究的基本方式。北京正負(fù)電子對撞機(jī)的建造、中國高能物理實(shí)驗(yàn)研究也是在與世界各國高能物理界的密切合作中進(jìn)行和發(fā)展起來的。通過國際合作，我們得以加快人才培養(yǎng)、先進(jìn)技術(shù)引進(jìn)的速度。但即使在上世紀(jì)80年代，我們幾乎從零開始BEPC工程的研制，也始終堅(jiān)持自力更生的方針，堅(jiān)持在吸收、消化、改進(jìn)的基礎(chǔ)上引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，進(jìn)行自行設(shè)計(jì)、研制、安裝和調(diào)試。凡能在國內(nèi)生產(chǎn)的，絕不到國外去買，工程設(shè)備部件的國產(chǎn)率達(dá)到90%。這一作法使人才隊(duì)伍在工程實(shí)踐中得到極強(qiáng)的鍛煉，迅速成長為我國加速器、探測器技術(shù)的骨干力量。

　　CEPC——中國高能物理面臨的重大機(jī)遇

　　過去30年，我們以BEPC為起點(diǎn)，取得了長足進(jìn)步。未來30年，將是我國科技發(fā)展的關(guān)鍵期，要從“追趕”成為“領(lǐng)跑”，至少在部分領(lǐng)域需要發(fā)起一批標(biāo)志性的科學(xué)工程，取得一系列重大科學(xué)成果。而2012年7月歐洲核子中心（CERN）發(fā)現(xiàn)希格斯粒子，基礎(chǔ)物理學(xué)走到了一個關(guān)鍵的拐點(diǎn)，正好給我國的高能物理發(fā)展提供了一個趕超、領(lǐng)先的絕佳機(jī)遇。中國科學(xué)家提出建造質(zhì)心能量為 91~240 GeV的高能環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī)（Circular Electron Positron Collider，CEPC）設(shè)想，作為北京正負(fù)電子對撞機(jī)以后的下一代中國高能加速器。

圖2 CEPC布局設(shè)計(jì)圖

　　繼希格斯粒子被發(fā)現(xiàn)以后，國際高能物理界普遍認(rèn)為對它的深入研究極為重要和迫切，是探索超出標(biāo)準(zhǔn)模型新物理的最好窗口。為此，日本科學(xué)家在積極推進(jìn)建造他們主導(dǎo)的國際直線加速器（International Linear Collider，ILC），歐洲在計(jì)劃建造未來環(huán)形對撞機(jī)（Future Circular Collider，F(xiàn)CC）。希格斯粒子解釋了基本粒子質(zhì)量起源這一深刻問題，但也具有一些我們前所未見的特性。比如它是唯一的自旋為0的基本粒子；參與非規(guī)范的相互作用（其他基本粒子只有規(guī)范相互作用）；是其他基本粒子質(zhì)量的起源，但其自身的質(zhì)量來源我們不知道等。同時，希格斯粒子和其自身的相互作用對宇宙早期的演化具有重要影響，可以為我們解釋宇宙中的反物質(zhì)丟失之謎提供極其有用的線索。我們也知道標(biāo)準(zhǔn)模型不是終極理論，目前已有的一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果和問題不能在標(biāo)準(zhǔn)模型內(nèi)得到解釋。但這些問題，如真空的亞穩(wěn)態(tài)，基本粒子質(zhì)量相差太大，希格斯粒子質(zhì)量的自然性等，均和希格斯粒子有關(guān)。研究希格斯粒子，是通向更深層次物理的鑰匙，是粒子物理研究不可跨越的一步。

　　CEPC瞄準(zhǔn)高能物理的前沿——希格斯粒子，通過對其的精確測量，深入研究標(biāo)準(zhǔn)模型并尋找新物理。一旦建成，中國將成為全球高能物理研究的中心，將吸引全世界最優(yōu)秀的一批科學(xué)家和工程師來華工作，建設(shè)一個世界級的科學(xué)中心，同時作為龍頭帶動一系列核心技術(shù)的發(fā)展。

　　CEPC也將是世界唯一的超高能同步輻射光源，光子能量可達(dá)20 MeV，通量極高，在核物理、材料、微加工、大型部件檢測等許多方面可以有大量應(yīng)用。

　　國際領(lǐng)先的科學(xué)裝置必然需要國際領(lǐng)先的技術(shù)，CEPC所需的很多關(guān)鍵技術(shù)也反映了未來加速器技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。如大功率超導(dǎo)高頻加速技術(shù)、高效率微波功率源和大型制冷機(jī)等應(yīng)可以取代進(jìn)口，破解國外禁運(yùn)；還有超導(dǎo)磁體及超導(dǎo)線、低溫、精密機(jī)械、真空、電子、抗輻照芯片、自動控制、計(jì)算機(jī)等具有戰(zhàn)略意義的前沿技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)國際領(lǐng)先。這些技術(shù)研發(fā)與成果轉(zhuǎn)化，可以推動相關(guān)領(lǐng)域的“跨越式”進(jìn)步，打造一批國際領(lǐng)軍科技企業(yè)，極大地提升國家的科技創(chuàng)新能力和國際競爭實(shí)力，提高中國在國際社會中的領(lǐng)導(dǎo)地位。

　　我們已有30多年正負(fù)電子對撞機(jī)的經(jīng)驗(yàn)，關(guān)鍵技術(shù)有很好的基礎(chǔ)。雖然還需要努力，但以我們的能力及人員隊(duì)伍，我們有十分的把握能完成任務(wù)。在人才方面，我國高能物理學(xué)界目前擁有約1000名研究人員，其中有相當(dāng)數(shù)量的青年人才。這個規(guī)模略低于歐、美、日，處于世界第四的位置。這支隊(duì)伍獲得過一系列國際領(lǐng)先的重要成果，并在大型強(qiáng)子對撞機(jī)（LHC）的國際合作中發(fā)揮著顯著作用。與此同時，CEPC項(xiàng)目的預(yù)研已經(jīng)吸引了大批頂級的國際專家進(jìn)行合作?？梢灶A(yù)見，一旦CEPC項(xiàng)目正式立項(xiàng)，我們將通過自主培養(yǎng)和國際合作方式，吸引大批優(yōu)秀人才。

　　參與CEPC項(xiàng)目的一批科學(xué)家、工程師百折不撓，在質(zhì)疑與爭議聲中，堅(jiān)持推進(jìn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和預(yù)研工作,在加速器物理、超導(dǎo)加速腔、高效速調(diào)管、束流測量、直線加速器關(guān)鍵技術(shù)、探測器關(guān)鍵技術(shù)等方面均取得了卓有成效的進(jìn)展。今年6月CEPC加速器概念設(shè)計(jì)報(bào)告通過國際評審，9月CEPC探測器概念設(shè)計(jì)報(bào)告通過國際評審，評審委員會肯定了CEPC設(shè)計(jì)工作令人矚目的進(jìn)展，認(rèn)為概念設(shè)計(jì)工作已經(jīng)證明項(xiàng)目的基本可行性，下一步可以進(jìn)入技術(shù)設(shè)計(jì)報(bào)告階段。

　　國際未來加速器委員會曾于2014年兩次發(fā)表聲明：“支持能量前沿環(huán)形對撞機(jī)研究并鼓勵全球的協(xié)調(diào)”，“繼續(xù)鼓勵國際環(huán)形對撞機(jī)的研究”。亞洲未來加速器委員會和亞洲高能物理委員會也曾于2016年明確表示：“我們鼓勵中國領(lǐng)導(dǎo)的這個方向”。目前，高能所已與20多個國家的科研機(jī)構(gòu)或大學(xué)簽署了合作意向書,并采取了多項(xiàng)措施深化國際合作。CEPC正在日益成為一個國際化的大科學(xué)項(xiàng)目，為國際學(xué)術(shù)界所矚目。

　　人類文明的發(fā)展在很大程度上是科技的發(fā)展，而科技發(fā)展史無數(shù)次證明，許多重大科學(xué)成果的產(chǎn)出，有賴于大科學(xué)裝置的建造。今年3月，國務(wù)院正式印發(fā)《積極牽頭組織國際大科學(xué)計(jì)劃和大科學(xué)工程方案》，明確了我國牽頭組織國際大科學(xué)計(jì)劃和大科學(xué)工程“三步走”發(fā)展目標(biāo)。這意味著我國牽頭組織國際大科學(xué)計(jì)劃和大科學(xué)工程邁入“快車道”，將為解決世界性重大科學(xué)難題貢獻(xiàn)中國智慧。相信在未來的30年中，我國高能物理和先進(jìn)加速器發(fā)展會再上一個臺階，我國的基礎(chǔ)科學(xué)研究將迎來又一個輝煌時期。