1984年6月11日，张文裕参观西欧核子中心Mark－III预研工程

（图片来源：中国科学院院士文库）

在高能物理领域，我国与技术先进国家有很大差距。然而在新中国成立后的35年来，我国高能物理界作了巨大努力。无论在实验、理论和加速器研制等方面都取得了好的成果。从获得国家自然科学奖的情况来看，获得一等奖（是35年来物理学奖中唯一的一个国家自然科学一等奖）、二等奖、三等奖、四等奖各一项。与此同时，高能队伍还为国家重点工程及各个领域输送了不少骨干人才。虽高能领域取得较大成绩，但它在我国的发展确是经历了艰难的历程。在庆祝建国35周年时，回顾我国高能物理发展中所取得的成绩，经历的经验与教训以及存在的问题，也许会对今后的工作有所帮助。

1．高能加速器工作

20世纪50年代初，苏、美、欧等少数工业发达的国家已开始大力筹建高能加速器。世界上第一个能量大于1GeV的加速器是1953年出现的（美国BNL的Cosmotron，能量为3GeV）。1955年，美国又建成6.2GeV的质子加速器Bevatron。我国在当时则是毫无条件可言，但鉴于它的技术及应用可能与核工业有关，也确认了要开展高能物理的研究，故在第一个科学发展规划（1956年批准）中规定，建立一台2GeV电子同步加速器作为在我国发展高能物理的第一步。同时，立即组织人员进行调研，并于1957年初派遣了一个七人小组去苏联学习，经过一年多的努力，该组完成了2GeV的电子同步加速器的物理设计。1958年大跃进，建设指标纷纷提高，一些同志感到2GeV电子同步加速器能量太低，并认为用电子作物理实验，范围太窄，于是建议改为能量约15GeV强聚焦质子同步加速器。并责成该实习组的同志在苏联完成该加速器的设计。由于种种原因，最后完成的方案其能量为12GeV，它是在苏联当时正在制造中的第一台7GeV强聚焦质子同步加速器的基础上修改而成的，未能将欧美的一些新的设计思想吸收进去。1959年经领导多次研究，认为上述方案规模太大，加以设计性能较差，决定暂停。

当时，苏联杜布纳联合核子研究所的科学家在中能强流的等时性回旋加速器方面取得了重大的进展，在与苏联谈判后，决定改为建造一台能量为420MeV的等时性回旋加速器，为此派出了一个工作组，在联合核子研究所进行了半年多的设计工作，完成了物理设计，并回国着手进行预研工作。可惜的是1960年国家困难时期此项工作又被迫“下马”。1965年我国退出联合所，确定建立一个3GeV（后提高到6GeV）的质子同步加速器，　并开始了选址等具体工作。1966年“文化大革命”开始，项目再次下马。

1972年，周总理指示仍要把高能物理研究作为重点来抓。并于1973年在北京香山召开方案讨论会，请全国有关单位和专家们参加。会上提出了很多方案，但最后初步提出了1GeV强流快脉冲同步加速器方案。1973年，我国派代表团去美国考察。回国后，提出40GeV质子同步加速器方案。该加速器设计用增强器作为注入器，增强器则用质子直线作为注入器，接着开始了质子直线加速器的预制研究。此方案代号为753工程并经周总理批准，但工程困难很大，工作又时时受到干扰，进展很慢。1976年又改为先完成一台增强器，然后再开展主加速器的建造。

粉碎“四人帮”以后，又重新论证高能加速器方案。先提出30GeV的强流方案，之后，考虑到西欧中心和美国BNL的加速器为28GeV及33GeV，于是又把方案改为50GeV，流强为1014／脉冲。经广泛讨论研究，普遍认为如此强流当前技术上无法达到，于是改为1013／脉冲，1978年完成了初步设计，该设计的特点是回避了增强器的困难，而用一台200MeV直线加速器直接向主加速器注入。经过一年左右的研究，发现不用增强器也存在着很多缺点，故决定修改方案，即加建一台2GeV的快脉冲增强器，用90MeV直线注入。此工程命名为“87工程”，计划在1987年建成。

1980年，由于国民经济调整，决定“87工程”缓建。之后又重新论证方案，决定采取一条比较符合我国当前经济能力的发展路线，即从“质子”改为“电子”。1982年，正式批准建造一台2.2GeV正负电子对撞机，　要求1988年建成此对撞机以及相应的探测器设备和应用同步辐射的设备。

总之，从1956年规划起，一直到1982年的27年中，高能加速器始终处于方案的争论上，一直是纸上谈兵。只是在“87工程”的预研制阶段才开始对直线加速器、环形加速器的磁铁、高频、注入、真空、自动控制、电源等进行预先研究，创造了一些实验条件。与此同时，还筹建了规模较大的工厂，建筑了六个预制大厅等等，为建立高能基地打下了基础。从建国到60年代，我国先后建成了高压加速器、静电加速器、感应加速器、电子直线加速器、回旋加速器等。这些加速器都是低能加速器，但通过这些加速器的建造，为高能加速器的建造，培养和储备了人才，同时在技术方面也奠定了必要的基础，譬如60年代为电子直线加速器研制成功的大功率速调管，即可直接用于2.2GeV对撞机工程上，等等。

2．　高能实验工作

高能实验包括实验物理，探测器及必要的附属设备如快电子学、电子计算机等几个部分，它们既相互有联系，又相互独立，进展的情况也很不一样。

（1）高能实验物理由于我国没有高能加速器，所以进行高能实验物理工作和培养高能实验人才都是利用了国外的加速器。大致可分为二个阶段。

第一阶段是从1956年到1965年，这期间大约有六七十人先后赴苏联联合原子核研究所，利用杜布纳10GeV的质子同步稳相加速器开展实验物理工作，如气泡的物理工作、核乳胶的分析工作、火花室的建造等，　到60年代末，我国还自己设计在联合所照射乳胶迭，然后在国内独立做物理工作，如研究高能π与核子的非弹性作用，取得了发现在1.58GeV处有共振峰的成果。在联合所这段期间，完成了不少具体的研究课题和工作项目。比较突出的是王淦昌小组发现反西格马负超子的工作，荣获1982年国家自然科学一等奖。这期间的另一收获是培养了一些高能实验物理骨干。

第二阶段是从1978年到1983年，我国派了一批骨干去美国各实验室、西德DESY和西欧中心、日本KEK等实习或工作。粉碎四人帮以后，在高能物理方面我国与美国、西欧等加强了联系，先后派出了二个小组分别与丁肇中教授及莫玮教授合作，取得了一定的成绩，分别为三喷注现象的发现和为实验证实弱电统一的W－S理论作出了贡献。1979年，由李政道先生发起，又派遣了几十位同志去美国向较有名望的实验学家学习1－2年。主要是培干性质。虽然这种方式在实验物理上只能取得有限的成绩，但对于培养我国高能实验队伍确是起了很大的作用。目前从事高能工程的骨干，不少是在国外进修学习过的。

（2）高能探测器的研制从1956年到1965年我国加入苏联联合原子核研究所期间，由于把高能经费投到了联合所，国内除了在1963年中国科技大学建造了一个长30厘米的试验氟利昂泡室外，对于高能探测器的研制，　基本上没有开展。十年动乱这类工作也就完全停顿。1969年8月，由于计划建造高能强流质子加速器，决定筹建探测设备的研制工作，成立了气泡室、流光室、计数器等小组。一直到1975年753工程的上马，才真正开始了对各种类型探测器的研究。目前对于一些先进的高能探测器的技术，基本上已能掌握，并取得一定的成绩。

（3）快电子学是高能实验中的四大支柱（加速器、探测器、快电子学、计算机）之一。它在我国的发展是与原先的基础——核电子学的发展分不开的。

新中国成立之初，在中国科学院近代物理所筹建了一个核电子学小组，当时才五六个人，从研制稳压、稳流电源、线性放大器、计数器、率表、积分和微分甄别器开始，到50年代末期，核电子仪器工作取得了全面进展，有些成果逐步推广成为产品。从60年代后期，随着半导体探测器的发展和晶体管、集成电路逐步进入核电子仪器，使核电子学面貌发生了新的变化。30年的历史雄辩地证明核电子学处于非常重要的地位。

在高能实验中，对作用事例的信息获取和处理，要求具有高的空间分辨率、时间分辨率和幅度分辨能力。由于多丝室等电子学计数器的大量使用，电子学电路的通道数将以万计。为了获得足够的有效事例数，庞大的电子学系统还必须在长达1000小时的情况下连续稳定地工作。这就决定了整个电子学系统的规模必然十分庞大、复杂，还要求十分可靠。从技术角度看，高能物理实验将应用核电子学中的最佳成就，同时把核电子学推向前进。

（4） 电子计算机是开展高能物理工作必不可少的工具。没有电子计算机，就不可能尽快处理大量的数据，因而就谈不上现代物理实验。  

1974年高能所建立了计算机与数据处理研究室。1979年以后，随着与国外交往的日益增加，由国外引入的小型计算机与微计算机数量逐年增加，应用日益普遍。与此相应，支持探测器性能检测的软件与软件系统也发展起来了。在高能所中心计算机能力不足的情况下，还利用水利科学院的M－160机，建立了相应的程序库，并即将完成终端设备的建立，为开展物理数据分析作好了准备。

1978年，张文裕（右）与到访的美籍物理学家丁肇中（左）交谈

（图片来源：中国科学院院士文库）

我国高能物理学今天所取得的成绩，倾注着敬爱的周总理、邓小平同志的关怀，方毅同志受党中央委托对高能事业所作的具体指导，体现着党的坚强领导；凝结着我国许多老一辈著名科学家——钱三强、王淦昌、彭桓武、胡宁、张宗燧、赵忠尧、张文裕、何泽慧、朱洪元、谢家麟、肖健、力一、郑林生、冯锡璋等的精心培育以及已经和正在成长的一代中、青年科学家和工程技术人员的辛勤劳动；国家各工业部门的大力协作；杨振宁、李政道、吴健雄、丁肇中、邓昌黎、袁家骝以及许多国外华裔科学家的关怀和支持。在我国高能物理学的发展中，他们的贡献是起了重大作用的。

（节选自现代物理知识，2018，30（05）：41－44）