王貽芳：李政道先生與中國高能物理發展_風聞

“物之道：道生物，物生道，道為物之行，物為道之成，天地之藝物之道。”

在高能所大院門口矗立着一座名為“物之道”的雕塑，雕塑正面鐫刻着這首詩，作者是李政道先生。李先生為推動中國高能物理的發展以及我國第一台大科學裝置——北京正負電子對撞機的建設嘔心瀝血、竭智盡力，陪伴和見證了我國高能物理事業艱難而又成功的步伐，為中國的高能物理發展做出了無人可以替代的巨大貢獻。

半個世紀以來，我國高能物理研究蓬勃發展，取得了令世界矚目的成就，這一切與李先生幾十年來的大力支持與幫助是分不開的。

一、中國高能物理的起步

建國伊始，我國高能物理實驗研究一片空白。建立於1950年的中國科學院近代物理研究所（高能所前身，1953年更名為物理研究所，1958年再更名為原子能研究所）是新中國亞原子物理研究的發源地。

1956年，我國制定的第一個科學發展十二年遠景規劃首次提出了建造一台高能加速器的設想，此時國際高能物理研究也剛剛進入第一代大型加速器實驗階段。但中國的高能加速器計劃卻經過二十多年“七上七下”的曲折，直到1986年北京正負電子對撞機和北京譜儀開工建設才真正起步。李先生在這其中起到了關鍵作用。

1972年美國總統訪華，中美關係改善。9月，李先生和夫人回到了闊別已久的祖國，受到了周恩來總理的接見。在與周總理及張文裕先生討論雲南站的宇宙線研究成果中，李先生首次提出了中國應考慮建造一個小型正負電子對撞機的建議。中國領導人認真考慮了李先生的建議，支持了中國學者提出的發展高能物理實驗的願望。不久，周總理在給張文裕等18位科學家的回信中説：“這件事不能再延遲了……”。1973年2月1日，中國科學院高能物理研究所成立，中國的高能物理研究開始走上正軌。

1975年，中國政府批准建造一台400億電子伏特（40GeV）的質子同步加速器（BPS）。這就是“七五三”工程。

雖然李先生在物理上不贊成這個方案，也擔心這個計劃困難太多。除去經濟能力和政治決心之外，還要得到國外特別是美國各大加速器實驗室的技術幫助。但他還是親自與美國能源部和布魯克海文國家實驗室（BNL）聯繫，邀請中國考察團去BNL訪問。那時候中美還沒有正式建交，他花費了大量的時間和精力與美國政府和能源部溝通協調，並安排培養加速器和實驗物理方面的人才。

1979年1月李政道先生寫信給方毅副總理，提出了《關於培養高能實驗物理學者的一些建議》。

在寫信之前，他與美國二十多所大學和三大國家高能實驗室，即BNL、費米國家加速器實驗室(FNAL)和SLAC國家加速器實驗室(SLAC)進行了聯繫，希望接收來自中國的訪問學者。

他的請求獲得了這些大學和實驗室的同意。很快我國政府也接受了李先生的建議，並立即開始了派遣學者的選拔工作。到該年7月，以高能所為主的研究單位向美國五大國家實驗室和部分大學以及歐洲核子中心派出了近40名學者，即“李政道學者”。這一舉措，為後來的北京正負電子對撞機和中國高能物理研究培養了關鍵人才。

1979年1月29日，鄧小平訪問美國，翻開了中美兩國關係的新篇章。在小平同志到訪前一週，李先生與以林宗棠為首的赴美考察團討論、落實了美國高能物理相關的國家實驗室與中國合作的具體項目，並積極推動兩國政府簽訂一個正式的合作協定。

在很短的時間內，李先生協調了中美兩國政府，在鄧小平與卡特簽訂了中美科技和文化合作協議的同時，由方毅副總理和美國能源部部長施萊辛格簽訂了《中華人民共和國國家科學技術委員會和美利堅合眾國能源部在高能物理領域進行合作的執行協議》，這是中美科技合作協定下的第一份執行協議，為中美之間高能物理的40年成功合作奠定了基礎。

在協議的框架下，李先生建議成立了中美高能物理聯合委員會。第一次會議於1979年6月在北京飯店召開。更是在李先生的積極爭取下，6月12日中國國家科學技術委員會和美國能源部正式簽訂了《中華人民共和國國家科學技術委員會和美利堅合眾國能源部在高能物理領域進行合作的執行協議的附件》和《一九七九年六月至一九八零年六月中美高能物理技術合作項目》兩個協議。中美在高能物理領域的合作正式開始，這也是中美科技合作的最早項目。

二、北京正負電子對撞機

北京正負電子對撞機是我國第一台高能加速器，1988年10月，實現第一次正負電子對撞，《人民日報》稱“這是我國繼原子彈、氫彈爆炸成功、人造衞星上天之後，在高科技領域又一重大突破性成就”，“它的建成和對撞成功，為我國粒子物理和同步輻射應用開闢了廣闊的前景，揭開了我國高能物理研究的新篇章”。從物理目標的選擇到加速器方案的確定，從人才培養到工程管理，從物理研究到國際合作，沒有李先生殫思竭慮和全力以赴，就不會有北京正負電子對撞機的建設和成功。

1981年3月，在中國高能物理方案經過“七上七下”，大家一籌莫展時，李先生召集中美科學家一同研討，以防中國高能物理又會錯過發展時機，再遭嚴重挫折。

會上，他和美國SLAC時任所長潘諾夫斯基正式提出建造44億電子伏(2×2.2GeV)質心能量的正負電子對撞機，研究粲物理。他們認為這樣一台對撞機作為中國高能加速器的起步，在技術上是先進的，可以帶動中國的高科技；物理窗口是廣闊的，有豐富的研究課題；同時可以產生同步輻射，有極大的應用價值。

這個建議得到中國高能物理學家的廣泛支持。1981年底，李先生親自向小平同志介紹了這一方案，獲得了支持。小平同志認為，這是中國科技界與國外交流的一個重要方向，儘管花了一些錢，但是卻改善了國外科技界跟我們的關係，建立了各種學術聯繫。在李先生的幫助下，高能物理所開始進行設計和預製研究工作。1983年4月，國務院正式批准BEPC工程立項。

李先生支持北京正負電子對撞機，承擔了巨大的壓力和風險，傾注了全部心血和智慧。在幾乎完全沒有基礎的中國高能物理和加速器界，建設亮度比SPEAR高一個量級的正負電子對撞機（SPEAR是發現了tau和charm，獲得兩個諾貝爾獎的加速器），在許多人看來簡直是天方夜譚。但李先生押上了自己的聲譽，全力投入到這項事業中。他仔細分析了利弊和成敗因素，利用自己的影響，創造各種渠道，花了很大精力推動和組織美國能源部所屬的五個國家實驗室在物理、技術、工程、人才上支持和幫助中國建造加速器和探測器，並親自參與各種討論，協助發現和解決大大小小的各種問題，促進了中國高能物理和加速器隊伍的成長。

1984年10月，小平同志來到高能所為對撞機工程奠基，他聽了彙報，明確地説：“我相信這件事不會錯！”。他還特地感謝李先生為中國高能物理發展做出的努力。1988年10月，在中外科學家的共同努力下，BEPC和北京譜儀（BES）高質量完成了建設，實現了對撞。在慶祝典禮上，黨和國家領導人在李先生的陪同下參觀了對撞機，小平同志發表了“中國必須在高科技領域佔有一席之地”的著名講話。

BEPC只用了4年就完成建設，即使在有對撞機基礎的國家，也幾乎是前所未有的。其建造成功，使中國人掌握了高能加速器、探測器技術，以及同步輻射的應用技術，對國內相關產業發展起到了巨大的推動作用。

投入運行後，迅速達到了設計指標，取得許多重大物理成果，在粲物理研究方面處於國際領先，成為世界八大高能加速器中心之一，在世界高能物理領域佔有了一席之地。北京同步輻射裝置成為我國主要的廣譜同步光源，為多學科交叉前沿研究提供了大型平台。

回過頭來看，建設北京正負電子對撞機是一個無比正確的決定，是當時所能做的一個最好的決定。

首先科學意義重大，建成以後一直在出重要成果，BES國際合作組，發表重要物理文章167篇，包括tau輕子質量的精確測量、R值測量、6夸克態的發現等，使粲物理研究成為國際粒子物理研究的熱點之一。最近我們論證這台在2004年改造完成的機器，還能運行10年，加起來一共有超過40年的科學壽命，成為世界上少有的長壽加速器。中國的高能物理學界十分幸運地獲得了長達四十年的發展空間。

其次造價低，比原來的50GeV質子加速器方案便宜很多，包括初期建設和後來的改造，一共花了8.8億。這樣的一台8.8億的設備讓全國的高能物理學者近千人用40年，是極為划算的。第三是技術含量高，能支撐同步輻射應用，我國的北京同步輻射光源、上海光源、散裂中子源和現在正在懷柔建設的高能同步輻射光源的建設隊伍，都來源於高能所的這支隊伍。

三、北京正負電子對撞機重大改造工程（BEPCII）

上世紀末，中國的高能物理發展路線曾有過一次大討論，從1994年起，在李先生和潘諾夫斯基教授支持及國內同行的積極參與下，我國高能物理界開始了“τ-粲工廠”的預製研究，由於各種原因這一方案最終沒有獲得國家支持，但依舊鍛鍊了隊伍，為以後的BEPCII/BESIII的建造打下了堅實的基礎。2000年，高能所提出了我國的高能物理和先進加速器發展目標，提議對BEPC進行重大改造，李先生本着有利於我國高能物理發展的初衷，一如既往地支持BEPCII的改造方案。終於BEPCII及相關的中國高能物理發展戰略獲得了中央的原則同意。

其後，高能所的科學家們考慮到國際競爭態勢的變化和國際高能加速器的最新發展，提出了在原有隧道中的雙環方案，這就集合了τ-粲工廠方案的高指標和原BEPCII方案利用原有隧道的低成本這兩個優點，使對撞亮度提高到100倍。但問題是中央已經原則批准的方案還能改嗎？ 經費從4億漲到6.4億能得到批准嗎？ 在此關鍵時刻，李先生對這個新方案表達了堅定的支持立場，出面與各方面溝通並寫信給中央領導，解釋了方案改變的原因與理由，希望能得到支持。最終，在各方面的努力與支持下，新的BEPCII方案得到國家發改委的批覆同意，於2004年正式開工建設。這時離大家開始討論τ-粲工廠，已過去了10年。

前文中提到李先生在1979年設計成立了中美高能物理聯合會員會，由美國能源部負責高能物理的最高官員及國家實驗室的高能物理負責人蔘加。李先生每年都會親自參加，從不間斷直至2011年。早年這個委員會實際上就是BEPC和高能所的國際顧問委員會，它組織了美方單位幫助BEPC開展設計與研製，大力推動了BEPC的建設和高能所的發展。

隨後在李先生的建議下，美方一些單位正式參加了BES合作組，參與物理分析，推動BES走向國際化。在90年代初，美方還貢獻了幾百萬美元參與BES的升級改造。由於中方的技術與能力進步，除了個別的特殊技術與一般的方案與技術評審之外，BEPCII的設計與研製基本上不需要美方參與。但李先生仍然十分關心BEPCII的研製工作進展，在每年的中美高能物理聯合會上，他不厭其煩，詢問細節，安排各種所需要的幫助，並組織評審和技術交流。

我親身經歷的一個感人場面是有關新的北京譜儀（BESIII）超導磁鐵。這台磁鐵長3.5米，直徑3米，磁場強度1特斯拉，是當時國內最大的單體超導磁鐵。研製大型超導磁體的難處在於無法分步測試並做修改，只能在全部製造完成後才能測試，這時如果有問題也無法修改了。這是BEPCII風險最大、價格最高的單體設備， 2007年6月在“Workshop on Possible Parity Restoration at High Energy”的晚宴上，我們告知李先生，一小時前超導磁體勵磁成功。他非常激動和高興，當場表示要去看看大家。晚宴結束之後，81歲高齡的李先生深夜11點來到現場，慰問課題組成員，祝賀並感謝大家的努力，給了大家莫大的鼓舞。

圖1：2007年6月11日晚，李政道先生（左三）親臨超導磁體研製現場

在BEPCII完成建設任務於2008年開始運行時，李先生髮來賀信。2016年，BEPCII的峯值亮度達到了1×1033cm-2s-1的設計目標，李先生又一次發來了賀信。BESIII實驗獲取了大量的實驗數據，在粲物理、粲偶素、輕強子、量子色動力學等方面取得了大量成果，其中Zc（3900）的發現被美國《物理》雜誌評為2013年全球最重要的物理成果，至2020年底，共發表文章300餘篇，其中Physical Review Letter 64篇，在τ-粲物理領域繼續保持國際領先地位。

四、大亞灣反應堆中微子實驗

2003年，高能所提出在大亞灣建造一箇中微子探測裝置，尋找一種新的中微子振盪，並測量其振幅（sin22θ13）。李先生知道了以後並未立刻表態。回美國以後，他花了相當多的時間閲讀文獻，找國際上的相關專家研討，並與美國能源部科學局高能物理辦公室溝通，瞭解他們的態度。最終他在2004年表態支持這個項目，並強烈支持中美合作開展這個項目。

幾十年來，李先生對高能物理的支持從來都不是口頭上的，都會投入大量精力，付諸實際行動。由於他在國內外的地位和影響，他的作用有時是具有決定性的。

當時，美國也有兩個類似的反應堆中微子實驗方案，分別在東西海岸。事實上，當時國際上還有好幾個方案，顯然不可能都得到支持。大家都在組建國際合作團隊，設法合併別人，以壯大自己的聲勢，提高獲得各自政府支持的可能。

由於歷史上的原因，高能所跟美國伯克利國家實驗室領導的西海岸團隊達成了合作意向，實際上是各自希望對方參加自己的項目。

在這個過程中，雙方都想爭取主動，採用自己的方案。在複雜的競爭中，李先生出面積極溝通協調，支持了中方的努力，最終推動了中美合作的大亞灣中微子實驗合作組的成立。這是中美兩國首次有這樣規模的大型基礎科學合作，有八所美國大學和國家實驗室的科學家參加，得到美國能源部的大力支持，提供建造探測器一半的經費。

另一方面，針對中方經費與立項的困難，李先生積極與有關部門溝通，並兩次給中央領導寫信，陳述大亞灣實驗的重要意義，推動有關部門的立項準備工作。在科技部的協調下，在各方人士及有關領導機關的大力支持與創新性的努力之下，主要由科技部、科學院、基金委、廣東省、深圳市、中廣核集團及美國能源部聯合支持的大亞灣實驗終於在2007年正式啓動了，並得到港、台、捷克、俄羅斯等國家和地區的支持。這樣的國際、國內合作項目在當時的國內是前所未有的。

李先生的支持，使大亞灣實驗的準備工作，無論是在國內還是國外，都順利推進了。在建設過程中，我們也多次遇到各種困難。李先生經常過問，並主動提出幫助協調。同時他還積極組織科學研究的準備工作。

2010年11月，在他的提議下，我們組織了“大亞灣時代的中微子實驗”研討會，李先生親自參加，並報告了他自己關於中微子振盪研究的新成果。為支持國內科學期刊的發展，李先生還同意將自己的文章發表在《中國物理C》上。

圖2： “大亞灣時代的中微子實驗”討論會海報

2012年3月，大亞灣實驗組獲得了首批數據，準備發佈重大結果。經過討論，合作組同意把即將投稿的文章發給李先生過目，以表達我們對他最大的敬意及感謝。他是合作組外看到文章的第一人。李先生看完文章後立即發來了賀信，並以讓人極度不安的方式對我們這些晚輩表達了鼓勵。從中我們也看到了李先生的人品、修養和氣度。

圖3： 大亞灣實驗成果公佈時，李先生的賀信

大亞灣反應堆中微子實驗發表了精確測量sin22θ13的結果，首次以5倍的標準差排除了sin22θ13為0的可能性，確認了第三種中微子振盪模式的存在，得到了國際粒子物理學界的高度評價。這項成果被美國《科學》雜誌評為2012年十大科學突破之一。

大亞灣中微子實驗成功打開了未來中微子物理研究的大門，使國際上一系列新的中微子實驗得以實施，使我國的中微子實驗研究從無到有並走到了世界前列。沒有李先生的幫助，我們也許不會這麼快取得成果，或在時間上失去先機而成為後來者。

五、 從BEPC到CEPC，中國高能物理面臨的重大機遇

BEPC對發展我國科學技術的戰略意義重大。從1988到今天，我國高能物理實驗領域以北京正負電子對撞機的建成為基礎和起點，取得了令世界矚目的進展：我們能獨立設計建造加速器、探測器並開展物理研究；在2-5GeV能區的τ物理、粲物理、粲偶素、量子色動力學檢驗等方面走到了世界前列；開拓了中微子研究領域，利用大亞灣反應堆中微子實驗發現了中微子新的振盪模式，精確測量了其振盪幅度，並開始了江門中微子實驗的建設。

同時，我們在高海拔和空間宇宙線實驗、暗物質探測、X射線天體物理研究等方面也取得了長足的進步，“慧眼”衞星正遨遊太空，LHAASO高海拔宇宙線探測設施建設完成並已經取得重大成果，未來的空間探測衞星和空間站實驗正在準備中。

在此基礎上，北京高能同步輻射光源、東莞散裂中子源等大型多學科交叉研究平台的建設和應用也從無到有，迅速發展，成為國家科技創新體系的重要單元，也逐步成為國際領先的實驗基地。在科技創新和成果轉化、人才培養方面，高能所也取得了一系列驕人成績。

三十多年來，在李先生的幫助和支持下，中國的高能物理取得了巨大的進步。而未來30年，將是中國科技發展的另一個關鍵期，我們要從“追趕”成為“領跑”。自希格斯粒子的發現後，國際高能物理學界普遍認為對它的深入研究極為重要和迫切，是探索標準模型新物理的最好窗口。我們在國際上首先提出了建造質心能量為90~240 GeV的高能環形正負電子對撞機（CEPC）的設想，並在同一隧道中適時建設超級質子對撞機。

作為北京正負電子對撞機以後的下一代中國高能加速器，這一項目給我國的高能物理發展提供了一個追趕、領跑的絕佳機遇，將使我們從佔有國際上的“一席之地“，到成為“國際中心和引領”。

我想李先生四十年的心血與努力，就是為了看到這一天。這是我們中國高能物理學家的夢想，也是我們的中國夢。CEPC在提出後便在質疑和爭議中前行，參與CEPC的科學家、工程師們百折不撓，預研工作正如火如荼進行着，一批關鍵技術取得了卓有成效的進展。相信在未來的30年中，在李先生為我們奠定的基礎上，我國高能物理和先進加速器發展會再上一個台階，我國的基礎科學研究將迎來又一個輝煌時期。

作者簡介：王貽芳，中國科學院高能物理研究所所長，中國科學院院士，俄羅斯科學院外籍院士，第三世界科學院院士。