1988年10月16日，我國第一臺大科學裝置——北京正負電子對撞機（Beijing Electron Positron Collider，BEPC）首次實現(xiàn)了正負電子對撞，宣告建成。至今，已經整整30年。這30年，是我國科學技術飛速發(fā)展的30年，特別是基礎科學有了長足進步，一些領域已經躋身國際先進行列，一些領域與國際先進水平的差距已大大縮小。以BEPC建設為起點，高能加速器、高能物理領域這30年走過的道路，正是我國科學技術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，不僅實現(xiàn)了占據(jù)τ-粲物理國際領先地位，還開拓了中微子研究領域并取得重大成果，并在宇宙線實驗、暗物質探測、X射線天體物理研究等方面取得長足進步；同步輻射光源、散裂中子源等大型多學科交叉研究平臺的建設迅速發(fā)展，成為國家科技創(chuàng)新體系的重要單元。同時，在技術創(chuàng)新和成果轉化、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、科學研究、技術發(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懷下建設的我國第一臺大科學裝置，1984年10月7日動工建設，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，2004年—2009年BEPC進行了重大升級改造，成為國際先進的雙環(huán)對撞機。它的建造成功和升級，分別獲得國家科技進步獎特等獎（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)正負電子對撞機的亮度發(fā)展的歷史

　　依托BEPC，30年來我國高能物理研究蓬勃發(fā)展，結出了豐碩的成果，確立并發(fā)展了在粲物理研究領域國際領先地位，以我為主的北京譜儀（Beijing Spectrometer，BES）實驗取得一系列國際領先的研究成果，包括τ輕子質量的精確測量、2-5GeV能區(qū)強子反應截面（R值）測量、發(fā)現(xiàn)新強子態(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驗研究、J/ψ衰變物理的實驗研究等，在國際著名期刊上發(fā)表文章400多篇，被國際權威《粒子物理手冊（PDG）》引用的成果500多項，獲得省部級以上獎勵40多項，其中國家自然科學獎二等獎5項。在本土高能物理實驗取得成功的基礎上，我國科學家還參與了國際高能物理前沿研究最重要的實驗并作出重要的貢獻，如歐洲大型強子對撞機LHC上的CMS、ATLAS等實驗，AMS實驗等，提升了中國在國際高能物理領域的顯示度。

　　BEPC“一機兩用”，也是同步輻射裝置，是目前國內唯一可以提供從硬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小時專用實驗機時，為凝聚態(tài)物理、材料科學、生物醫(yī)學、資源環(huán)境、微電子及微機械技術等多學科應用研究提供了先進的實驗平臺，支撐用戶獲得了解析SARS病毒主蛋白酶及其抑制劑結構、測定高等植物捕光膜蛋白復合物結構、發(fā)現(xiàn)砷劑治療白血病的機制等重要成果。

　　BEPC的建設使我國的磁鐵、真空、微波、電源、精密機械、準直測量、低溫、超導等高能加速器關鍵技術獲得飛速發(fā)展。1990年代后期，高能所又開展了新光源的設計與預研，這后來發(fā)展成為上海光源。21世紀初，散裂中子源等加速器開始規(guī)劃，經過十多年的努力，今年成功完成建設任務。近年來，高能所還完成了用于驅動核反應堆的強流質子加速器的注入器，已達到10mA@10MeV的世界最好水平。新設計的高能同步輻射光源（High Energy Photon Source，HEPS）即將開始建設，其發(fā)射度指標是世界最好的，表明我國加速器技術已經走上國際前列。

　　2018年6月，中國科學院高能物理研究所進行了國際評估，包括兩位諾貝爾物理學獎獲得者在內的18位國際頂尖專家組成的評委會認為：“高能物理所已經成為國際重要的粒子物理實驗室之一。除了歐洲核子中心外，我們認為高能物理所可以與世界其他主要高能物理實驗室相媲美，包括美國斯坦福直線加速器中心、美國費米國家加速器實驗室、日本高能加速器研究機構等。”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的建設和30年來的成功運行是分不不開的。

　　BEPC建造及發(fā)展的成功經驗帶來的啟示

　　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目標、國家實力與需求、學科自身發(fā)展目標來選擇裝置建造方案。高能加速器建造方案經歷了“七上七下”，直到2×22 億電子伏特的BEPC建造方案被提出，得到科學界的共識和國家的支持，成功上馬。這一方案的對撞機規(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遇和支撐；涵蓋的技術很全面，建造投資僅為2.4億元，既可以建設國內的高能物理實驗基地，又可以培養(yǎng)鍛造我國相關高技術的骨干力量，也是當時我國財力和工業(yè)技術能力可以承擔的；同時，同步輻射光源也有廣闊的應用價值，可謂兼顧國情、前沿科學目標和我國高能物理學科發(fā)展的最佳方案。在BEPC這30年運行期間，BES實驗積累了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-粲物理領域的國際領先地位。

　　2.要敢于接受技術上的挑戰(zhàn)。在決策建設BEPC前，針對質子打固定靶和電子對撞方案是有爭論的，國際上更有科學家指出，想要跳過建設固定靶加速器的經驗積累，直接建設電子對撞機就“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。在決策BEPC重大改造方案前，面對美國康奈爾大學加速器CESR的正面競爭，我們經過反復計算、研討和評估風險，克服了隧道截面小、對撞區(qū)短的難點，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。事實是康奈爾大學的加速器CESRc的改造只達到了預期性能的1/5-1/8，而我們的BEPCII性能比它高了一個量級。BEPCII 投入運行后，CESRc就關閉了，在其上工作的美國6所大學的物理學家參加了BESIII實驗的合作。

　　3.對于高能物理學科發(fā)展來說，國內的實驗基地始終是鞏固和發(fā)展國際學術地位的基礎。在BEPC建成前，我國科學家只能參與別的國家主導的高能物理實驗。1988年BEPC和BES建成并投入運行，是粲物理能區(qū)最好的實驗裝置，我們終于有條件作為東道國組織多國科學家參與的、大規(guī)模的物理實驗，進行以中方為主的國際合作。1992年，參與科學研究的中美科學家組成了一個合作組，稱作BES合作組，在不長的時間內就發(fā)展為來自中國、美國的20多所大學和研究機構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多位科學家參加。合作組成員在物理課題選取、運行計劃安排、數(shù)據(jù)分析、文章評審、參與國際會議、機制和規(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，在輕強子譜、粲偶素物理、粲物理、量子色動力學和τ物理等方面取得了一系列豐碩的實驗成果。

　　4.裝置建設方案盡可能兼顧其他學科的需求。由于高能物理實驗裝置造價十分高昂，因而在滿足高能物理實驗需求的同時，應盡可能兼顧到其他學科的需求，成為多科學的公共實驗平臺。BEPC是按照“一機兩用”原則進行設計的，既是高能物理實驗裝置，又是同步輻射光源，這一模式取得了成功。在其上建設的北京同步輻射裝置（BSRF）1991年投入運行，研究領域涵蓋了物理、納米科學、材料科學、信息科學、化學化工、生命科學、資源環(huán)境、醫(yī)學等，每年可支撐來自國內外的近百個研究機構和大學的千余名用戶進行200多個課題實驗。另外，2010年在直線加速器的末端還建立了中能核物理實驗裝置，在儲存環(huán)進行高能物理或同步輻射實驗期間，將電子束偏轉到核物理試驗站，開展束流實驗和輻照實驗；或將正電子束偏轉到實驗站，開展納米材料、先進半導體、核材料和高分子材料領域的研究。

　　5.大科學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研究提供更先進的科研手段和條件，由于對撞機的建造牽扯到的學科綜合、技術精尖，實際上促進、推動了我國高科技領域多方面的發(fā)展，帶動了大功率速調管、加速管、超導射頻、高性能磁鐵、精密機械、高穩(wěn)定電源、超高真空、超導磁鐵、大規(guī)模低溫系統(tǒng)、束流測量、計算機自動控制、核探測器、快電子學、高速數(shù)據(jù)獲取和數(shù)據(jù)密集型計算等高新技術的發(fā)展。在工程建設的聯(lián)合攻關中，項目的需求轉化為企業(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練，成為企業(yè)繼續(xù)發(fā)展的無形資產；通過聯(lián)合研發(fā)，企業(yè)改進了生產工藝和質量保證體系，提高了產品質量和指標。企業(yè)由此得到的不僅是直接的經濟效益，而且也得到了鍛煉，掌握了方法，有了進一步發(fā)展的動力和機會。比如，BES建設期間的速調管研制極大地推動了我國廣播通訊事業(yè)的發(fā)展；BESⅢ的高精度機械加工需求極大地推動了成都飛機工業(yè)（集團）有限責任公司的技術能力，為我國的航空事業(yè)發(fā)展做出了重要貢獻。由于BEPC的建設，高能所建設了國內當時最先進的計算機網絡系統(tǒng)，引進了互聯(lián)網、萬維網和網格計算，是國內首個國際郵件（email）和WWW網頁的發(fā)源地。

　　6.要堅持自主創(chuàng)新與國際合作相結合。國際合作是高能物理實驗研究的基本方式。北京正負電子對撞機的建造、中國高能物理實驗研究也是在與世界各國高能物理界的密切合作中進行和發(fā)展起來的。通過國際合作，我們得以加快人才培養(yǎng)、先進技術引進的速度。但即使在上世紀80年代，我們幾乎從零開始BEPC工程的研制，也始終堅持自力更生的方針，堅持在吸收、消化、改進的基礎上引進先進技術，進行自行設計、研制、安裝和調試。凡能在國內生產的，絕不到國外去買，工程設備部件的國產率達到90%。這一作法使人才隊伍在工程實踐中得到極強的鍛煉，迅速成長為我國加速器、探測器技術的骨干力量。

　　CEPC——中國高能物理面臨的重大機遇

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

圖2 CEPC布局設計圖

　　繼希格斯粒子被發(fā)現(xiàn)以后，國際高能物理界普遍認為對它的深入研究極為重要和迫切，是探索超出標準模型新物理的最好窗口。為此，日本科學家在積極推進建造他們主導的國際直線加速器（International Linear Collider，ILC），歐洲在計劃建造未來環(huán)形對撞機（Future Circular Collider，F(xiàn)CC）。希格斯粒子解釋了基本粒子質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）；是其他基本粒子質量的起源，但其自身的質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丟失之謎提供極其有用的線索。我們也知道標準模型不是終極理論，目前已有的一些實驗結果和問題不能在標準模型內得到解釋。但這些問題，如真空的亞穩(wěn)態(tài)，基本粒子質量相差太大，希格斯粒子質量的自然性等，均和希格斯粒子有關。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，深入研究標準模型并尋找新物理。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)秀的一批科學家和工程師來華工作，建設一個世界級的科學中心，同時作為龍頭帶動一系列核心技術的發(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用。

　　國際領先的科學裝置必然需要國際領先的技術，CEPC所需的很多關鍵技術也反映了未來加速器技術發(fā)展的必然趨勢。如大功率超導高頻加速技術、高效率微波功率源和大型制冷機等應可以取代進口，破解國外禁運；還有超導磁體及超導線、低溫、精密機械、真空、電子、抗輻照芯片、自動控制、計算機等具有戰(zhàn)略意義的前沿技術可以實現(xiàn)國際領先。這些技術研發(fā)與成果轉化，可以推動相關領域的“跨越式”進步，打造一批國際領軍科技企業(yè)，極大地提升國家的科技創(chuàng)新能力和國際競爭實力，提高中國在國際社會中的領導地位。

　　我們已有30多年正負電子對撞機的經驗，關鍵技術有很好的基礎。雖然還需要努力，但以我們的能力及人員隊伍，我們有十分的把握能完成任務。在人才方面，我國高能物理學界目前擁有約1000名研究人員，其中有相當數(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。這支隊伍獲得過一系列國際領先的重要成果，并在大型強子對撞機（LHC）的國際合作中發(fā)揮著顯著作用。與此同時，CEPC項目的預研已經吸引了大批頂級的國際專家進行合作?？梢灶A見，一旦CEPC項目正式立項，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項目的一批科學家、工程師百折不撓，在質疑與爭議聲中，堅持推進項目的設計和預研工作,在加速器物理、超導加速腔、高效速調管、束流測量、直線加速器關鍵技術、探測器關鍵技術等方面均取得了卓有成效的進展。今年6月CEPC加速器概念設計報告通過國際評審，9月CEPC探測器概念設計報告通過國際評審，評審委員會肯定了CEPC設計工作令人矚目的進展，認為概念設計工作已經證明項目的基本可行性，下一步可以進入技術設計報告階段。

　　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)形對撞機研究并鼓勵全球的協(xié)調”，“繼續(xù)鼓勵國際環(huán)形對撞機的研究”。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：“我們鼓勵中國領導的這個方向”。目前，高能所已與20多個國家的科研機構或大學簽署了合作意向書,并采取了多項措施深化國際合作。CEPC正在日益成為一個國際化的大科學項目，為國際學術界所矚目。

　　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，許多重大科學成果的產出，有賴于大科學裝置的建造。今年3月，國務院正式印發(fā)《積極牽頭組織國際大科學計劃和大科學工程方案》，明確了我國牽頭組織國際大科學計劃和大科學工程“三步走”發(fā)展目標。這意味著我國牽頭組織國際大科學計劃和大科學工程邁入“快車道”，將為解決世界性重大科學難題貢獻中國智慧。相信在未來的30年中，我國高能物理和先進加速器發(fā)展會再上一個臺階，我國的基礎科學研究將迎來又一個輝煌時期。