王貽芳
中國科大學高能化學研究所
“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。”
在高能所大院旁邊聳立著一座名為“物之道”的雕像，雕像正面銘刻著這首詩，作者是李政道先生。李先生為促進中國高能化學的發展以及我國第一臺大科學裝置——北京正負電子對撞機的建設嘔心瀝血、竭智竭力，陪伴和見證了我國高能化學事業艱辛而又成功的腳步，為中國的高能化學發展作出了無人可以取代的巨大貢獻。半個世紀以來，我國高能化學研究蓬勃發展，取得了令世界矚目的成就，這一切與李先生幾六年來的大力支持與幫助是分不開的。
一、中國高能化學的起步
建國伊始，我國高能化學實驗研究一片空白。構建于1950年的中國科大學近代化學研究所（高能所前身，1953年改名為數學研究所，1958年再改名為原子能研究所）是新中國亞原子化學研究的發祥地。1956年，我國擬定的第一個科學發展十二年遠景規劃首次提出了建造一臺高能加速器的構想，此時國際高能化學研究也剛才步入第一代小型加速器實驗階段。但中國的高能加速器計劃卻經過二十多年“七上七下”的坎坷，直至1986年上海正負電子對撞機和上海譜儀復工建設才真正起步。李先生在這其中起到了關鍵作用。
1972年日本首相訪韓，中印關系改善。9月，李先生和夫人回到了睽違已久的祖國，遭到了周恩來首相的會見。在與周首相及張文裕先生討論廣東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大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化學實驗的心愿。不久，周首相在給張文裕等18位科學家的回信中說：“這件事不能再延后了......”。1973年2月1日，中國科大學高能化學研究所創立，中國的高能化學研究開始走上正軌。
1975年，中國政府批準建造一臺400億電子伏特（40GeV）的質子同步加速器（BPS）。這就是“七五三”工程。盡管李先生在數學上不贊同這個方案，也害怕這個計劃困難太多。去除經濟能力和政治決心之外，還要得到美國非常是日本各大加速器實驗室的技術幫助。但他還是親自與俄羅斯能源部和布魯克海文國家實驗室（BNL）聯系，約請中國考察團去BNL訪問。那時侯中俄還沒有即將建交，他耗費了大量的時間和精力與英國政府和能源部溝通協調，并安排培養加速器和實驗化學方面的人才。
1979年1月李政道先生寄信給方毅總工理，提出了《關于培養高能實驗化學學者的一些建議》。在寄信之前，他與英國二十多所學院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)進行了聯系，希望接收來自中國的訪問學者。他的懇求獲得了這種學院和實驗室的同意。很快我國政府也接受了李先生的建議，并立刻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日本五大國家實驗室和部份學院以及法國核子中心派出了近40名學者，即“李政道學者”。這一措施，為后來的上海正負電子對撞機和中國高能化學研究培養了關鍵人才。
1979年1月29日，鄧小平訪問日本，掀開了中俄兩國關系的新篇章。在小平同志到訪前一周，李先生與以林宗棠為首的赴美考察團討論、落實了日本高能化學相關的國家實驗室與中國合作的具體項目，并積極促進兩國政府簽署一個即將的合作協定。在很短的時間內，李先生協調了中俄兩國政府，在鄧小平與卡特簽署了中俄科技和文化合作合同的同時，由方毅總工理和俄羅斯能源部主任施萊辛格簽署了《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化學領域進行合作的執行合同》，這是中俄科技合作協定下的第一份執行合同，為中印之間高能化學的40年成功合作奠定了基礎。
在合同的框架下，李先生建議組建了中俄高能化學聯合委員會。第一次大會于1979年6月在上海賓館舉行。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英國能源部即將簽署了《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化學領域進行合作的執行合同的附件》和《一九七九年三月至一九八零年四月中俄高能化學技術合作項目》兩個合同。中俄在高能化學領域的合作即將開始，這也是中俄科技合作的最早項目。
二、北京正負電子對撞機
上海正負電子對撞機是我國第一臺高能加速器，1988年10月，實現第一次正負電子對撞，《人民晚報》稱“這是我國繼原子彈、氫彈爆燃成功、人造衛星上天以后，在高科技領域又一重大突破性成就”，“它的建成和對撞成功，為我國粒子化學和同步幅射應用開辟了寬廣的前景，揭露了我國高能化學研究的新篇章”。從數學目標的選擇到加速器方案的確定，從人才培養到工程管理，從數學研究到國際合作，沒有李先生殫思竭慮和竭力以赴，就不會有上海正負電子對撞機的建設和成功。
1981年3月，在中國高能化學方案經過“七上七下”，你們一籌莫展時，李先生召集中美科學家一齊研討，以防中國高能化學又會錯過發展時機，再遭嚴重磨難。會上，他和英國SLAC時任校長潘諾夫斯基即將提出建造44億電子伏(2×2.2GeV)剛體能量的正負電子對撞機，研究粲化學。她們覺得這樣一臺對撞機作為中國高能加速器的起步，在技術上是先進的，可以推動中國的高科技；化學窗口是寬廣的，有豐富的研究課題；同時可以形成同步幅射，有極大的應用價值。這個建議得到中國高能化學學家的廣泛支持。1981年末，李先生親自向小平同志介紹了這一方案，獲得了支持。小平同志覺得，這是中國科技界與美國交流的一個重要方向，雖然花了一些錢，而且卻改善了美國科技界跟我們的關系，構建了各類學術聯系。在李先生的幫助下，高能化學所開始進行設計和預制研究工作。1983年4月，國務院即將批準BEPC工程立項。
李先生支持上海正負電子對撞機，承當了巨大的壓力和風險，飽含了全部心血和智慧。在幾乎完全沒有基礎的中國高能化學和加速器界，建設照度比SPEAR初三個量級的正負電子對撞機（SPEAR是發覺了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名聲，竭力投入到這項事業中。他仔細剖析了優劣和勝敗誘因，借助自己的影響，創造各類渠道，花了很大精力促使和組織日本能源部所屬的五個國家實驗室在數學、技術、工程、人才上支持和幫助中國建造加速器和偵測器，并親自參與各類討論，協助發覺和解決大大小小的各類問題，推動了中國高能化學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，他聽了匯報，明晰地說：“我相信這件事不會錯！”。他還特地謝謝李先生為中國高能化學發展作出的努力。1988年10月，在中外科學家的共同努力下，BEPC和上海譜儀（BES）高質量完成了建設，實現了對撞。在慶賀儀式上，黨和國家領導人在李先生的隨同下視察了對撞機，小平同志發表了“中國必須在高科技領域占有一席之地”的知名講話。
BEPC只用了4年就完成建設，雖然在有對撞機基礎的國家，也幾乎是前所未有的。其建造成功，使中國人把握了高能加速器、探測器技術，以及同步幅射的應用技術，對國外相關產業發展起到了巨大的促進作用。投入運行后，迅速達到了設計指標，取得許多重大數學成果，在粲化學研究方面處于國際領先，成為世界八大高能加速器中心之一，在世界高能化學領域占有了一席之地。上海同步幅射裝置成為我國主要的低毒同步光源，為多學科交叉前沿研究提供了小型平臺。
回過頭來看中國物理學家李政道，建設天津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，建成之后仍然在出重要成果，BES國際合作組，發表重要數學文章167篇，包括tau輕子質量的精確檢測、R值檢測、6夸克態的發覺等，使粲化學研究成為國際粒子化學研究的熱點之一。近來我們論證這臺在2004年改建完成的機器，能夠運行10年，加上去一共有超過40年的科學壽命，成為世界上少有的長壽加速器。中國的高能化學學界非常辛運地獲得了歷時四六年的發展空間。其次造價低，比原先的50GeV質子加速器方案實惠好多中國物理學家李政道，包括早期建設和后來的整修，一共花了8.8億。這樣的一臺8.8億的設備讓全省的高能化學學者近百人用40年，是極為實惠的。第三是技術濃度高，能支撐同步幅射應用，我國的上海同步幅射光源、上海光源、散裂中子源和如今正在大興建設的高能同步幅射光源的建設隊伍，都來始于高能所的這支隊伍。
三、北京正負電子對撞機重大改建工程（）
上世紀末，中國的高能化學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院士支持及國外同行的積極參與下，我國高能化學界開始了“τ-粲鞋廠”的預制研究，因為各類緣由這一方案最終沒有獲得國家支持，但仍然鍛練了隊伍，為之后的/的建造打下了堅實的基礎。2000年，高能所提出了我國的高能化學和先進加速器發展目標，提議對BEPC進行重大改建，李先生本著有利于我國高能化學發展的本意，一如既往地支持的改建方案。總算及相關的中國高能化學發展戰略獲得了中央的原則同意。其后，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，提出了在原有隧洞中的雙環方案，這就集合了τ-粲鞋廠方案的高指標和原方案借助原有隧洞的低成本這兩個優點，使對撞色溫提升到100倍。但問題是中央早已原則批準的方案能夠改嗎？經費從4億漲到6.4億能得到批準嗎？在此關鍵時刻，李先生對這個新方案抒發了堅定的支持立場，出面與各方面溝通并寄信給中央領導，解釋了方案改變的緣由與理由，希望能得到支持。最終，在各方面的努力與支持下，新的方案得到國家發改委的批復同意，于2004年即將復工建設。這時離你們開始討論τ-粲鞋廠，已過去了10年。
前文中談到李先生在1979年設計創立了中俄高能化學聯合會員會，由日本能源部負責高能化學的最高高官及國家實驗室的高能化學負責人出席。李先生每年還會親自出席，從不間斷直到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舉辦設計與研發，大力推進了BEPC的建設和高能所的發展。隨即在李先生的建議下，美方一些單位即將出席了BES合作組，參與化學剖析，促使BES邁向國際化。在90年代初，美方還貢獻了幾百萬美金參與BES的升級改建。因為中方的技術與能力進步，不僅某些的特殊技術與通常的方案與技術評審之外，的設計與研發基本上不須要美方參與。但李先生依然非常關心的研發工作進展，在每年的中俄高能化學聯合會上，他不厭其煩，尋問細節，安排各類所須要的幫助，并組織評審和技術交流。
我親身經歷的一個催淚場面是有關新的上海譜儀（）超導吸鐵石。這臺吸鐵石長3.5米，外徑3米，磁場硬度1特斯拉，是當時國外最大的單體超導吸鐵石。研發小型超導磁極的苦處在于難以分步測試并做更改，只能在全部制造完成后才會測試，這時假若有問題也難以更改了。這是風險最大、價格最高的單體設備，2007年6月在“onatHigh”的晚會上，我們告知李先生，一小時前超導磁極電樞成功。他十分興奮和高興，當場表示要去瞧瞧你們。派對結束以后，81歲高齡的李先生半夜11點來到現場，看望課題組成員，慶賀并謝謝你們的努力，給了你們莫大的鼓舞。
圖1：2007年6月11日晚，李政道先生（左三）蒞臨超導磁極研發現場
在完成建設任務于2008年開始運行時，李先生發來唁電。2016年，的峰值色溫達到了1×-2s-1的設計目標，李先生又一次發來了唁電。實驗獲取了大量的實驗數據，在粲化學、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）的發覺被日本《物理》雜志評為2013年全球最重要的數學成果，至2020年末，共發表文章300余篇，其中篇，在τ-粲化學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，高能所提出在惠州建造一個中微子偵測裝置，找尋一種新的中微子振蕩，并檢測其振幅（sin22θ13）。李先生曉得了之后并未立即表態。回日本之后，他花了相當多的時間閱讀文獻，找國際上的相關專家研討，并與日本能源部科學局高能化學辦公室溝通，了解她們的心態。最終他在2004年表態支持這個項目，并強烈支持中印合作舉辦這個項目。幾六年來，李先生對高能化學的支持從來都不是口頭上的，就會投入大量精力，付諸實際行動。因為他在國外外的地位和影響，他的作用有時是具有決定性的。
當時，俄羅斯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，即便不可能都得到支持。你們都在組建國際合作團隊，設法合并他人，以壯大自己的陣勢，增強獲得各自政府支持的可能。因為歷史上的緣由，高能所跟日本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出席自己的項目。在這個過程中，雙方都想爭取主動，采用自己的方案。在復雜的競爭中，李先生出面積極溝通協調，支持了中方的努力，最終促使了中俄合作的惠州中微子實驗合作組的創立。這是中印兩國首次有這樣規模的小型基礎科學合作，有八所英國學院和國家實驗室的科學家出席，得到日本能源部的大力支持，提供建造偵測器一半的經費。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，并兩次給中央領導寄信，陳述惠州實驗的重要意義，促使有關部門的立項打算工作。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、科大學、基金委、廣東省、深圳市、中廣核集團及新加坡能源部聯合支持的惠州實驗總算在2007年即將啟動了，并得到港、臺、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外是前所未有的。
李先生的支持，使惠州實驗的打算工作，無論是在國外還是美國，都順利推動了。在建設過程中，我們也多次遇見各類困難。李先生時常過問，并主動提出幫助協調。同時他還積極組織科學研究的打算工作。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，李先生親自出席，并報告了他自己關于中微子振蕩研究的新成果。為支持國外科學刊物的發展，李先生還同意將自己的文章發表在《中國數學C》上。
圖2：“大亞灣時代的中微子實驗”討論會海報
2012年3月，惠州實驗組獲得了首批數據，打算發布重大結果。經過討論，合作組同意把正式投稿的文章發給李先生過目，以抒發我們對他最大的歉意及謝謝。他是合作組外看見文章的第一人。李先生看完文章后立刻發來了唁電，并以讓人極其不安的方法對我們這種長輩抒發了鼓勵。從中我們也看見了李先生的人品、修養和氣魄。
圖3：惠州實驗成果公布時，李先生的賀詞
惠州反應堆中微子實驗發表了精確檢測sin22θ13的結果，首次以5倍的標準差排除了sin22θ13為的可能性，確認了第三種中微子振蕩模式的存在，得到了國際粒子化學學界的高度評價。這項成果被英國《科學》雜志評為2012年十大科學突破之一。惠州中微子實驗成功打開了未來中微子化學研究的房門，使國際上一系列新的中微子實驗得以施行，使我國的中微子實驗研究從無到有并走到了世界前列。沒有李先生的幫助，我們或許不會那么快取得成果，或在時間上喪失先機而成為后來者。
五、從BEPC到CEPC，中國高能化學面臨的重大機遇
BEPC對發展我國科學技術的戰略意義重大。從1988到明天，我國高能化學實驗領域以南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、探測器并舉辦數學研究；在2-5GeV能區的τ化學、粲化學、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，借助惠州反應堆中微子實驗發覺了中微子新的振蕩模式，精確檢測了其振蕩幅度，并開始了廣州中微子實驗的建設。同時，我們在高海拔和空間宇宙線實驗、暗物質偵測、X射線天體物理研究等方面也取得了長足的進步，“慧眼”衛星正遨游太空，高海拔宇宙線偵測設施建設完成并早已取得重大成果，未來的空間偵測衛星和空間站實驗正在打算中。在此基礎上，上海高能同步幅射光源、東莞散裂中子源等小型多學科交叉研究平臺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，也逐漸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，中國的高能化學取得了巨大的進步。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”。自希格斯粒子的發覺后，國際高能化學學界普遍覺得對它的深入研究級為重要和急迫，是探求標準模型新數學的最好窗口。我們在國際上首先提出了建造剛體能量為90~240GeV的高能環型正負電子對撞機（CEPC）的構想，并在同一隧洞中適時建設超級質子對撞機。作為上海正負電子對撞機之后的下一代中國高能加速器，這一項目給我國的高能化學發展提供了一個追趕、領跑的極佳機遇，將使我們從占有國際上的“一席之地“，到成為“國際中心和推動”。我想李先生四六年的心血與努力，就是為了見到這三天。這是我們中國高能化學學家的夢想，也是我們的中國夢。CEPC在提出后便在指責和爭議中前行，參與CEPC的科學家、工程師們百折不撓，核高基工作正如火如荼進行著，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，我國高能化學和先進加速器發展會再上一個臺階，我國的基礎科學研究將迎來又一個輝煌時期。
作者簡介：王貽芳，中國科大學高能化學研究所主任，中國科大學教授，美國科大學外籍教授，第三世界科大學教授。
本文選自《現代化學知識》即將刊出的“李政道特刊”,YWA編輯