我国高能物理学的发展历程与启示

高能物理在诞生之初就走在物理学乃至整个自然科学的最前沿，因此高能物理的研究水平能够从一定程度上反映一个国家的科技实力。

本文按照时间顺序，将我国高能物理的发展分为创业期、建设期、收获期和跨越期4个阶段，并结合时代背景讨论了科技政策在不同阶段对高能物理发展的作用和影响。

高能物理，又称粒子物理，在20世纪中叶成为一个独立的物理学分支学科，主要研究比原子核更深层次的物质微观结构和性质，以及在很高能量下物质所遵循的物理规律。

我国高能物理发展是一个极具中国特色的过程，每一阶段都受到不同历史环境的影响，更离不开党和国家的鼎力支持。

奠定基础、曲折发展阶段

1949—1977年

这一阶段我国的高能物理学科发展虽然过程历经曲折，但无论是科研机构、组织和团队的建设，还是在高能物理研究的开展方面，都取得了重大进步，始终朝着国际水平奋起直追，为学科发展打下了坚实的基础。

实验研究：立足于国内的探索

我国核物理本身研究基础薄弱，又缺乏相关研究设备，高能物理在较长一段时间内仍依附于核物理而获得不断发展。

《1956—1967年科学技术发展远景规划纲要》结合当时国情提出了很多科技发展目标，在“原子能的和平利用”部分中提到，必须组织力量，发展原子核物理及基本粒子物理（包括宇宙线）的研究。

亚原子物理实验研究的首要任务是加速器和探测仪器的研制，中科院近代物理所（物理所、原子能所）的科学家在此方面进行了系列开拓性的工作。他们还在宇宙线研究、电子学等方面取得了一些重要成果。

特别值得一提的是，1960年王淦昌研究组在苏联杜布纳联合原子核所利用当时能量最高的加速器发现了反西格马负超子。

大批科学家家在杜布纳的工作，为此后我国亚原子物理实验研究的发展奠定了重要的知识基础与人才基础。

理论研究：“层子模型”的建立

1965年8月，在钱三强的组织下，由中科院原子能所基本粒子理论组、北京大学理论物理研究室基本粒子理论组、中科院数学所理论物理研究室与中国科学技术大学近代物理系4个单位联合组成“北京基本粒子理论组”。

经过不到一年时间，通过朱洪元、胡宁等39位中国物理学家的不懈努力和积极探索，“北京基本粒子理论组”发表了42篇研究论文，提出了强子结构的理论模型，后称为“层子模型”。

这是关于物质基本结构和运动规律的理论成果。

“层子模型”是由国家组织规划，依托当时相对突出的几个高能物理理论研究单位完成的，在当时产生了重要影响，也为此后我国高能物理理论的发展奠定重要的基础。

高能基地建设：高能加速器建造的努力

从新中国成立到20世纪60年代，我国先后建成了系列低能加速器，为高能加速器的建造培养和储备了人才，也在技术方面奠定了必要的基础。

在高能方面，原子能研究所先后提出了多个加速器方案，但均未能落实。

高能物理研究所成立后，在北京香山召开了高能物理研究和高能加速器预制研究工作会议，并在会后派遣考察组赴欧美，设想了6种具体方案，但也未能实施。

这一阶段虽然未能成功建造出高能加速器，但培养了很多高能加速器建造方面的人才，且在高能加速器的设计和预制研究方面积累了经验。

初具规模、不断完善阶段

1977—1992年

该时期，我国的高能物理学科实现了建制化发展。

在理论方面，规范场研究取得了大批成果；实验装置方面，建成了北京正负电子对撞机；此外积累了大量的优秀人才。

国家对科技发展的重视，加上务实的科技规划，是这一阶段我国高能物理取得进步的主要原因。

高能物理学科的建制化

1977年，高能物理学界创办了《高能物理》《高能物理与核物理》，成立了高能物理学会、粒子加速器学会。1978年，中国科学院成立理论物理所。

此后，高能物理在我国逐渐完成了建制化。

这一时期关于高能物理理论研究的一系列会议的召开，为理论研究提供了交流平台，并讨论出很多研究方向，标志着高能物理在我国已经成为一门独立发展的学科。

这一过程中，我国高能物理界开始和国际同行交流，为后面与国际接轨打下基础。

高能理论研究的新高潮：规范场理论研究

我国高能物理学界对规范场理论的研究始于1972年杨振宁来华。

1978年广州规范场讨论会对规范场理论的研究进行了总结，同时也将规范场理论在我国的发展推向高潮。

我国高能物理的理论研究在这一阶段已经趋于成熟。

这一时期的科技政策更加注重非行政手段下的支持，以及对科研机构和人员自主权的尊重。

在这种环境下，经过北京、广州、西安、兰州等几地学者的努力，规范场理论研究在我国得到迅速发展。

高能加速器建造“终成正果”

1977年，我国开始了高能加速器的规划和设计，启动了代号为“八七工程”的加速器建造工程，初步计划能量为30 GeV，后来调整为50 GeV。

在国民经济调整的大趋势下，该工程最终搁浅，但工程前期开展了实际的设计建造工作，并汇聚了一批高能加速器建造的人才。

在国家的大力支持和科学家的不懈努力下，1982年北京正负电子对撞机（简称BEPC）建造被排上日程，其能量定为2.2/2.8 GeV，1983年正式立项，1984年10月正式动工。1988年10月16日，BEPC首次实现正负电子对撞。

该工程除了BEPC本身外，还建造了探测装置北京谱仪（BES）和北京同步辐射装置（BSRF）。

经历了多年的艰难探索和不懈努力，我国终于成功建造了自己的高能加速器。

自主创新、融入国际阶段

1992—2012年

这一阶段科技政策更加灵活合理，科研机构具有充分的自主权，科技与经济社会之间的联系得到了前所未有的强调。

我国的高能物理发展取得了举世瞩目的进步，融入了国际发展的大潮并实现了自主创新。

高能物理研究实现自主创新

BEPC正式运行后，其亮度为美国同能区加速器SPEAR的4倍，使其停止运行，大批国外科学家加入我国基于高能加速器的实验研究中。

2003年，国家发改委正式批准北京正负电子对撞机重大改造工程（BEPCII）。

BEPC在这一阶段取得了了包括τ轻子质量的精确测量、2~5 Gev能区正负电子湮没产生强子反应截面（R值）的精确测量等多项领先国际水平的高能物理研究成果，正负电子对撞机国家实验室成为国际上研究高能物理的几大重要基地之一。

这一时期我国的高能物理重要实验研究还有大亚湾中微子实验。

该实验站于2003年开始计划，于2011年开始运行取数，并于2012年3月发现了一种新的中微子振荡，这是当年国际高能物理研究的重大冲破。

在高能物理研究上取得了众多成果，反映我国的高能物理发展已经实现自主创新。

高能物理研究融入国际大潮

高能物理的发展越来越离不开高能加速器和探测器等大科学装置的建设，离不开巨大的经济投入和相关政策的支持。

20世纪90年代，在西藏羊八井，中日合作建设了AS-γ实验装置，中意合作建设了ARGO实验装置。

2006年，依据羊八井宇宙线观测站实验数据的系统分析，中、日两国物理学家在Science合作发表的论文，被该刊誉为宇宙线研究领域的里程碑式的重要成果。

2012年，欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）上进行的CMS实验首次发现了希格斯粒子。

CMS实验是大型的国际合作实验，有来自41个国家的大约190个研究所和大学参与了研究。

此实验中，我国科学家在探测器的建造和实验结果的分析方面做出了重要贡献。

加速提升、蓬勃发展阶段

2012年至今

2012年，我国的高能物理开始了新时期的跨越式发展。

这一时期的高能物理与中国特色国家创新体系的建设相结合，进入了蓬勃发展的新阶段。

2013年7月，习近平总书记考察中国科学院，第一站就选在了高能物理研究所。

参观北京同步辐射装置时，习近平提出：“加强科研平台建设，充分发挥科研平台作用，是提高科技投入效率的一个重要问题，要在深化科技体制改革中认真研究。”

高能加速器建造计划引起各界广泛关注

2012年9月，王贻芳提出了环形正负电子对撞机-超级质子对撞机（CEPC-SPPC）的设想。该方案很快引起国内外高能物理界的极大兴趣。

2013年，中科院高能物理所联合国内多所高校与科研机构的120多名物理学家成立CEPC-SPPC工作组，以缜密调研该方案的可行性。

此后在北京成立了未来高能物理中心，旨在帮助建立大对撞机所需的物理案例。

2016年以来，高能物理研究所关于CEPC-SPPC的建造计划在科学界引发了前所未有的激烈争论，不仅反映出公众对于国家科学事业的关心，也反映出我国对于大科学工程建设决策的日趋理性、公开与公正。

非加速器物理实验装置建造硕果累累

在非加速器高能实验物理方面，近年来新的重大计划是江门中微子实验和大型高海拔大气簇射观测站（LHAASO）建设，建成后有望使我国在宇宙线和中微子研究方面达到国际领先水平。

江门中微子实验吸引了300多位国际合作者参加，目标是利用反应堆中微子振荡确定中微子质量顺序。这不仅对高能物理的研究具有重大意义，同时也是我国在重大核心科学问题上展开的一次激烈国际竞争。

LHAASO为我国自主研发，目标是捕捉宇宙中飞来的高能粒子，2017年6月开始动工建设，如今已建设大半。由于其超高的灵敏度和优秀的建造质量，部分探测器运行半年之后，就在伽马天文方面取得重要成果。

结语

高能物理研究很难在短期内实现成果转化，产生经济效益，又越来越依赖更高能量的加速器和更加灵敏的探测器等实验装置，这离不开国家的经济投入和政策支持。

我国的高能物理发展，走了一些弯路，经历了不少挫折。

党和国家一直积极听取广大科研人员建议，通过对科技政策的不断调整与灵活运用，使之能适应高能物理等基础科学研究的发展规律，符合我国不同阶段的科技发展需求。

随着国家在高能物理研究上的不断投入，我国在高能实验装置和各种探测器的建造上已经达到国际水平。

基于多年来高能物理的人才培养，以开放的姿态与国际同行积极合作，相信不久的将来，我国在高能物理领域一定能领先国际，真正实现小平同志所提出的“在世界高科技领域占有一席之地”的目标。

作者简介：丁兆君，中国科学技术大学，研究方向为物理学史。

本文全文发表于《科技导报》2021年第12期，原标题《中国高能物理学的发展历程与启示》，本文有删减，欢迎订阅查看。

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