“我相信這件事不會錯！”1984年10月7日，北京西郊，在中國科學院高能物理研究所（以下簡稱高能所）舉行的北京正負電子對撞機奠基儀式上，鄧小平同志如是說。

這天，鄧小平同志在對撞機的奠基石上培上了第一鍬土。時任高能所所長張文裕拉着他的手，激動地說：“我多年的心願今天終於實現了！”

40年後的今天，回想起這場奠基儀式，高能所研究員張闖的眼眶有些溼潤：“那一天，很多人等了一輩子。”

從20世紀50年代起，中國科學家一直苦於我國沒有自己的高能物理加速器，科研工作長期依賴國外數據。他們始終有一個夢想——用自己的加速器做世界最前沿的研究。風雲動盪中，這個夢想被七次點燃，又七次熄滅。奠基，代表着他們的夢終於成真。

僅用4年時間，中國科學家就以令國際同行驚訝的速度，建成我國首個大科學裝置——北京正負電子對撞機。而此後的40年，持續產出的科學成果、日漸壯大的人才隊伍、站穩腳跟的中國高能物理，都用事實印證了鄧小平同志的話，這件事沒有錯。

七“上”七“下”

1975年3月，乍暖還寒，春日的氣息還不算濃郁。

正在遼寧省北票礦務局工作的張闖趁着到北京出差開會的空隙，來到中關村，看望自己的大學老師、清華大學教授張禮。張闖曾在清華大學工程物理系攻讀粒子加速器專業，畢業後被分配至煤礦工作，但他與老師一直保持着密切的聯繫。

敲開門，進屋坐下，二人還沒寒暄兩句，張禮就興奮地告訴張闖一個消息：“周總理有批示，高能物理要上！”

張禮的聲音不大，卻讓張闖爲之一震。它像一枚鑰匙，打開了張闖心中一扇久閉的大門。

事情要從3年前說起。

1972年8月18日，張文裕、朱洪元、謝家麟等18位科學家給周總理寫了封信。信中，他們訴苦：“高能物理實驗幾乎是一片空白，高能物理理論研究則全是依靠國外的實驗數據。”

高能物理研究是認識物質微觀結構及其運動規律最前沿的學科，而高能加速器和相應的探測裝置是這項前沿研究的重要工具。

早在新中國成立後不久，1950年10月，中國科學院的物理學家們就提出要建設粒子加速器，開展核物理實驗研究。1953年，世界第一臺高能加速器在美國問世，趙忠堯、張文裕、王淦昌等老一輩中國物理學家開始努力推動建造中國的高能加速器。然而，政治風雲的變幻與國民經濟的興衰，讓這一夢想多次“上馬”，又多次“下馬”。

信中，他們呼籲：“儘快確定發展高能物理的方針政策，同時組織上給以保證，儘快成立高能物理研究所，並劃歸基礎理論研究的主管部門領導。”

1972年9月11日，周恩來總理批示：“這件事不能再延遲了。科學院必須把基礎科學和理論研究抓起來，同時又要把理論研究與科學實驗結合起來。”

1973年2月1日，在黨和國家領導人的關心下，中國科學院成立了高能所。在張闖心中，那曾是可望而不可即的“殿堂”。

兩年後，1975年3月，高能所組織科學家經過深入研究，向國務院上報《關於高能加速器預製研究和建造問題的報告》，明確提出要在10年內，建造一臺能量爲400億電子伏特的質子同步加速器。

在醫院病牀上，周總理審閱並批准了該報告。此後，高能加速器預製研究工程有了自己的代號——“七五三工程”。

“學校已把加速器專業畢業的同學推薦給了高能所，你也在名單裏。”張禮告訴張闖。爲了滿足“七五三工程”需要，高能所開始召集散落在全國各地的相關專業人員。

那天，張闖從老師家裏走出來時，出差的疲憊一掃而光。此時，路邊的樹杈還有些光禿，但張闖的心裏已經開出了小花，那是他和老師們盼了許久的夢。

1976年秋天，科學家滿懷信心，重新論證“七五三工程”方案，提出了更宏偉的“八七工程”計劃，並得到國家批准。

“八七工程”分三步走：第一步，耗資3億元，建成300億電子伏特的慢脈衝質子環形加速器；第二步，耗資7億元，到1987年底建成400億電子伏特的質子環形加速器；第三步，到20世紀末，建成世界一流的高能加速器。

然而，沒過多久，我國國民經濟調整，緊縮基建，高能質子加速器因屬於“國家非急需”而在“下馬”之列——這已是該項目的第七次“下馬”。得知消息後，張文裕等老一輩科學家和張闖等年輕一輩都心急如焚。

1980年5月，張文裕、趙忠堯、朱洪元等39位高能物理學家聯名上書，懇求“八七工程”不要“下馬”。鄧小平同志批示：“此事影響太大，不宜‘下馬’。”

這一批示給中國科學家們留下了機會。儘管工程陷入停滯，但希望仍在。

所有人都開始重新思考更符合國情的加速器方案，奔向第八次希望。

第八次希望

“八七工程”停滯後，高能物理學家們一起研究方案調整問題。

1981年，受“八七工程”停滯問題影響，中美高能物理聯合會議未能如期舉行。得知消息後，華裔物理學家袁家騮、吳健雄夫婦和李政道都心急如焚，他們向國家領導人建議，立即派專家赴美洽談。

1981年3月，中國科學院派高能所的朱洪元、謝家麟前往美國洽談。他們與李政道、袁家騮、吳健雄以及美國斯坦福直線加速器中心主任潘諾夫斯基等美國高能物理學家開會，討論中國高能物理的前景。最終，大家一致認爲在中國建造2×22億電子伏特正負電子對撞機是最好的方案。

新的方案，造價只需“八七工程”的三分之一，不僅物理窗口內容豐富，還可以在做高能物理研究的同時，做同步輻射應用研究，實現“一機兩用”。

然而，當朱洪元、謝家麟把這一方案帶回國內，一場激烈的爭論開始了。

研製對撞機，技術難度和風險很大。正負電子對撞機要讓兩束極細、高速運行、稀薄的電子束團撞到一起，既要“對得準”，又要“撞得充分”。大家有各種各樣的擔心：“中國能不能做得了？”“即便研製出來，性能指標是否達標？”“進度如果拖下來，物理窗口關閉了怎麼辦？”

有人還打了個比方：“以當時中國的薄弱基礎，要想建成正負電子對撞機，就好比站在鐵路站臺上，想跳上一列飛馳而來的特快列車。如果跳上了就飛馳向前，如果沒有抓住，就粉身碎骨。”

1981年9月，中國科學院數理學部主持召開“豐臺會議”，專門討論了3天。與此同時，高能所內部也組織了多次研討會。每個人都在爲國家高能物理的未來謀一條最切合實際的出路。

方案一直討論到1981年底。其間，中國科學院又派當時院內主管部門負責人鄧照明和謝家麟、朱洪元一起再赴美國。在李政道等的堅持下，鄧照明與中國科學院領導通了電話，經過近一個小時的協商，院領導肯定了正負電子對撞機的方案。

1981年12月5日，中國科學院上報了《關於建造北京正負電子對撞機預製研究的報告》。看過報告後，鄧小平同志批示：“這項工程已進行到這個程度，不宜中斷，他們所提方針，比較切實可行。我贊成加以批准，不再猶豫。”

1983年4月，我國正式批准北京正負電子對撞機項目，計劃於1988年底建成。

此後擔任北京正負電子對撞機工程領導小組組長的谷羽曾感慨：“這一批示給中國的高能物理事業注入了生機和活力，把中國的高能加速器從危機中解放出來。”

跳上“特快列車”

1984年10月7日上午10點，北京西郊玉泉路的高能所裏，彩旗飄揚。鄧小平、楊尚昆、萬里、方毅等黨和國家領導人以及專程從美國趕來的科學家們聚在這裏。大家盼望已久的北京正負電子對撞機終於破土動工。

接下來，科學家們要用4年甚至更短的時間，從站臺“跳”上國際高能物理這列飛馳的“特快列車”。

北京正負電子對撞機由注入器、輸運線、儲存環、北京譜儀、同步輻射裝置等部分組成，工程涉及的專用設備多達上萬臺，技術複雜、精度要求極高，中國此前從未做過。工程一開始就遇到了關鍵問題：是全面引進，還是自主研製？

作爲工程領導小組組長，谷羽帶領小組成員認真分析了中國的科技和工業狀況，最終決定，除計算機和少數當時中國無力研製的設備以及用量很少、不值得花人力和物力研製的設備、元件、材料外，主要依靠自己的力量設計和研製。

爲了提供一個極端的粒子對撞環境，北京正負電子對撞機各類設備的技術指標均向極限逼近，其中涉及的高功率微波、高性能磁鐵、高穩定電源、超高真空等技術，設計指標幾乎都超出當時的技術能力。

例如，對撞機要給電子加速，就需要有穩定的微波電磁場，而一種名叫“S波段高功率速調管”的部件就是微波磁場電子系統的“心臟”。當時，國內技術水平最高的S波段高功率速調管，脈衝輸出功率能達到15至20兆瓦，但這根本無法滿足對撞機工程的需要。

於是，高能所科研人員和工廠聯手，吸收消化國外上世紀80年代初期全部生產工藝，改造原先的生產線，不僅將速調管的微波功率提升到34兆瓦，還將國產調製器的功率從50兆瓦提升到100至200兆瓦，工作壽命從1000小時提高到10000小時。

這一突破不僅滿足了對撞機對微波功率源高功率、高穩定度、長壽命的技術要求，也使合肥同步輻射光源、北京自由電子激光、上海自由電子激光等我國“八五”期間的幾大加速器工程，都逐步用上了國產的微波功率源和特種波導元件。

類似的技術突破在對撞機研製過程中還有很多。爲了建成對撞機，我國在真空技術、電磁鐵、大功率高穩定度電源等方面都達到更高的技術水平。此外，高能所還於1987年建成我國第一條國際計算機通信線路，成爲我國建設“國際信息高速公路”的先驅。

1988年10月的一天，時任高能所所長葉銘漢找到負責北京譜儀建造、安裝、調試任務的鄭志鵬。

“近日要開始中美高能會談了，美方專家正在北京，如果此時能實現正負電子對撞，那將是一個很適當的時間。”葉銘漢說。

鄭志鵬立刻找到負責亮度檢測器的同事們，商量如何區分信號和噪聲。經過幾個晝夜的連續調試，他們慢慢摸清了裝置的“脾氣”。

北京正負電子對撞機建設期間，科研人員在北京譜儀上安裝主漂移室信號絲。

1988年10月6日凌晨，當北京正負電子對撞機處於對撞模式時，亮度監測器上顯示出正負電子的散射信號，而且計數隨時間不斷增長；將對撞機從對撞模式調成單束模式後，信號消失。反覆多次，終於，大家確認，“對撞了”。

大廳裏，所有人都高興得跳了起來，一夜的疲憊煙消雲散。得知消息的葉銘漢天剛亮就來到運行室和譜儀大廳，確認正負電子實現對撞的事實。

好消息很快傳遍整個高能所，又通過媒體傳遍全國。

北京正負電子對撞機中控室。

1988年10月24日，剛剛過去的一場秋雨使北京舒爽宜人，鄧小平同志再次來到高能所。這一天，北京正負電子對撞機宣佈建造成功！

“過去也好，今天也好，將來也好，中國必須發展自己的高科技，在世界高科技領域佔有一席之地。”鄧小平同志在建成典禮上說。

1988年，北京正負電子對撞機建成，張文裕和工程經理謝家麟（右二）、副經理陳森玉（右一）、總工藝師徐紹旺（左一）在儲存環隧道里交流。

4年時間，中國科學家真的“跳”上了國際高能物理這列疾馳的列車。

“對撞機的成功是中國科技發展的重要里程碑。”諾貝爾物理學獎獲得者里克特如是評價。

從此，中國大科學計劃的時代正式開啓。

北京正負電子對撞機工程安裝完成的儲存環。

“兩軍相逢勇者勝”

1990年，經過一年多的調試，北京正負電子對撞機正式運行。

它很快成爲中國高能物理基礎研究的“寶地”。憑藉它產出的數據，中國科學家取得了一批在國際高能物理界有影響的重要研究成果：實現迄今對τ輕子質量的最精確測量；實現20億至50億電子伏特能區正負電子對撞強子反應截面（R值）的精確測量；發現“質子-反質子”質量閾值處新共振態；發現新粒子X（1835）……

安裝完成的北京譜儀。

世紀之交，國際高能物理競爭越發激烈，而北京正負電子對撞機已經運行了10年。中國科學家們有了一個新想法：升級！

時任高能所所長陳和生一直密切關注國際高能物理前沿的發展。2000年，他主持制定的“中國高能物理和先進加速器發展目標”得到國家科技領導小組原則同意，其中包括對北京正負電子對撞機的重大改造。

得知這一消息，美國康奈爾大學的康奈爾正負電子對撞機團隊感受到了威脅。他們宣稱，將採用“短平快”的方法改造康奈爾正負電子對撞機，預計比改造後的北京正負電子對撞機早兩年達到同樣的性能指標。

這無異於一次“宣戰”。“兩軍相逢勇者勝！”陳和生告訴身邊的科研人員。他和國際上的專家反覆討論後發現，康奈爾大學的方案不一定能實現，而中國的設計方案只要努力就一定能做成。

大家決定迎難而上，對北京正負電子對撞機改造（BEPCII）方案作出重大調整，採用國際先進的雙環方案，計劃將北京正負電子對撞機的性能提高100倍，以便在國際競爭中獲得主動權。

2004年1月，BEPCII正式動工，建設內容包括注入器改造、建造雙儲存環對撞機、新建北京譜儀III和通用設施改造等。

一場激烈的國際競賽由此展開。

除高能所外，中國科學技術大學、中國科學院理化技術研究所、中國科學院合肥物質科學研究院、中國科學院上海硅酸鹽研究所、中國科學院上海應用物理研究所等和相關院外科研機構、企業都參與其中，形成建制化的攻關力量。

他們用5年時間，將北京正負電子對撞機的亮度和綜合性能提高到國際領先水平，工程自主研製設備超過85%。

升級後的北京正負電子對撞機實現了微米級高流強束團精確對撞，峯值亮度約爲改造前的100倍，加上探測器性能和運行效率的提升，日積分亮度較改造前提高100倍以上。

2006年11月18日凌晨5點多，北京正負電子對撞機經過重大改造後，成功實現電子束在儲存環中的積累，科研人員在控制室記錄了這一時刻。

到2009年BEPCII工程完成時，康奈爾大學的對撞機只達到其設計指標的四分之一，不得不停止運行。在那臺對撞機上做實驗的許多高能物理學家加入了北京譜儀III合作組。

“這是中國高能物理實驗研究的又一次重大飛躍，爲中國在粲物理研究和τ輕子高能研究方面繼續在國際上居於領先地位打下了堅實的基礎。”李政道如是評價。

更高的性能帶來更豐碩的科研成果。2013年3月，北京譜儀III合作組宣佈發現新的共振結構Zc（3900），這極可能是科學家長期尋找的“四夸克物質”，入選美國《物理》雜誌公佈的2013年物理學領域十一項重要成果，並位列榜首。自2008年開始運行到2015年6月底，他們還觀測到新粒子X（1870）、X（2120）、X（2370）等。

在科研過程中，年輕的高能物理研究人員也成長起來，一批批優秀的博士、博士後源源不斷地輸送到全國各大科研機構、高校，成爲中國高能物理發展的新鮮血液。

高能所現任所長王貽芳感慨地說：“今天看來，建造北京正負電子對撞機是當時作的最好選擇。它讓中國高能物理在國際高能物理領域佔有一席之地，培養了一支具有國際水平的隊伍，也推動了國內其他大科學裝置的建設。”

時至今日，北京正負電子對撞機的改造仍在進行。“我們正在對加速器部分做改造，把它的亮度再提高3倍，之後，北京正負電子對撞機預計可以運行到2030年左右。”王貽芳說。

在很多過來人眼中，北京正負電子對撞機的建設是幾代科技工作者接續奮鬥的結果，是全國許多單位大力協同取得的成就，也得益於改革開放後的國際合作。

在王貽芳看來，北京正負電子對撞機留下的“啓示”，包括“高能物理發展要綜合考慮前沿科學目標、國家實力與需求、學科自身發展目標來選擇裝置建造方案”，“要敢於接受國際上的挑戰和競爭”，“國內的實驗基地始終是鞏固和發展國際地位的堅實基礎”，“裝置建設方案要儘可能兼顧其他學科的需求”，“要堅持自主創新與國際合作相結合”……

回顧過去，中國高能物理的起步艱辛而曲折，但科學家們從未失去希望與激情。曾經的挫折與榮光，成就了中國高能物理學家的膽識與氣質。他們也爲後來者積累了一個極其寶貴的經驗——在困頓中堅守，在希望中奮進。

原文刊載於《中國科學報》 (2024-03-25 第4版 專題)