（許同舟）

1、現(xiàn)狀

國際高能物理界目前擁有八大科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，北京正負(fù)電子對撞機(jī)是其中之一。這些裝置均為環(huán)形設(shè)計(jì)，其中最典型的代表就是目前正在歐洲核子研究中心興建的大型強(qiáng)子對撞機(jī)（LHC），它是迄今世界上建造的最強(qiáng)大的高能物理實(shí)驗(yàn)裝置，其主要功能是在物質(zhì)的更深層次探索物質(zhì)結(jié)構(gòu)。大型強(qiáng)子對撞機(jī)建在環(huán)形的地下隧道中，長達(dá)27公里，預(yù)計(jì)2007年完工，其對撞能量將最終達(dá)到14萬億電子伏特。LHC計(jì)劃興建四臺大型的實(shí)驗(yàn)探測設(shè)備，它們是：ALICE, ATLAS, CMS, 和LHC-B。中國目前正在參與其中二臺實(shí)驗(yàn)裝置的國際合作，ATLAS和CMS。 CMS合作吸引了來自31個(gè)國家的1870余位科學(xué)家， 而ATLAS則吸引了來自34個(gè)國家的2000余位科學(xué)家。

大型強(qiáng)子對撞機(jī)是如此強(qiáng)大，為什么物理學(xué)家們要堅(jiān)持選擇直線對撞機(jī)為下一代的大科學(xué)裝置呢？因?yàn)長HC是一臺質(zhì)子加速器，其它現(xiàn)有的機(jī)器則能量較低，它們不能回答目前科學(xué)界所面臨的所有問題。進(jìn)一步的在較深層次的物質(zhì)探索需要大型正負(fù)電子對撞機(jī)。另外，現(xiàn)有的大科學(xué)裝置，包括LHC在內(nèi)，都是采用環(huán)形設(shè)計(jì)。環(huán)形設(shè)計(jì)使得粒子束在軌道中運(yùn)行時(shí)不可避免地產(chǎn)生電子同步輻射，這就使采用環(huán)形設(shè)計(jì)的機(jī)器效率大打折扣，因此在實(shí)際運(yùn)行中較難達(dá)到萬億電子伏特的對撞能量?；谝陨系脑颍本€對撞機(jī)就成為下一代大科學(xué)裝置的一個(gè)必須的和合乎邏輯的選擇。

 

2、下一代大科學(xué)裝置―直線對撞機(jī)

與環(huán)形設(shè)計(jì)的對撞機(jī)相比，直線對撞機(jī)效率奇高，幾乎沒有能量損失，更易測定和解析粒子。目前德國、日本和美國正在進(jìn)行這方面的研發(fā)工作。毫無疑問，直線對撞機(jī)的規(guī)模也是巨大的，包括對撞機(jī)及其實(shí)驗(yàn)裝置在內(nèi)可長達(dá)幾十公里，耗資以幾十億美元計(jì)，很有可能是在50到100億美元之間。上述三臺正在研發(fā)中的機(jī)器里，應(yīng)該說日本的JLC(Joint Linear Collider)起步較早，1986年就制定了第一個(gè)五年研發(fā)計(jì)劃，1992年開始工程設(shè)計(jì)，根據(jù)計(jì)劃，將在地下50米的巖層中建設(shè)一條長30公里的直線形隧道，隧道的一頭放出電子，另一頭放出直徑為１納米的正電子束，兩者正面相撞，作為初始階段，日本的直線對撞機(jī)設(shè)計(jì)能量是5000億電子伏特，最終可達(dá)萬億電子伏特的量級。

除去高效這一特性外，科學(xué)上的好處是選擇直線對撞機(jī)的主要考慮。大約一個(gè)世紀(jì)前，人類發(fā)現(xiàn)了許多奇異的射線，但它們到底從何而來，由什么組成至今仍是一個(gè)謎。我們現(xiàn)在對宇宙的認(rèn)識主要基于“標(biāo)準(zhǔn)模型”，而它也未能回答許多疑問，例如，被標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言為質(zhì)量起源的希格斯粒子至今仍難覓蹤影。直線對撞機(jī)肯定是一個(gè)最合適的選擇并將成為回答這些疑問的革命性工具，它將使人類在基本粒子研究方面取得重大突破，對宇宙的了解更多、更好。直線對撞機(jī)的技術(shù)是十分復(fù)雜的，這也是其研發(fā)工作很多年前就開始的原因之一。實(shí)際上，技術(shù)上的復(fù)雜性也是研發(fā)直線對撞機(jī)的動(dòng)力之一，如德國就已將其開發(fā)的直線對撞機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了短波自由電子激光的研究中。

 

3、國際合作

如果直線對撞機(jī)是人們選擇的下一代大科學(xué)裝置，鑒于它的巨大規(guī)模和成本，再加上它的技術(shù)復(fù)雜性，如何付諸實(shí)施呢？出路就在國際合作。

國際高能物理界在這方面有很成功的經(jīng)驗(yàn)和模式。

模式1、俄羅斯聯(lián)合核子所是一個(gè)很好的范例，我國曾經(jīng)是該所的創(chuàng)始成員國之一。歐洲核子研究中心是另一個(gè)很好的范例，20個(gè)成員國齊心協(xié)力。這二個(gè)例子是合作出資辦所的模式。

模式2、前面提到的我國參與歐洲核子研究中心的CMS、ATLAS合作，是各方出資進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)合作的模式。

模式3、日本直線對撞機(jī)是一個(gè)很好例子，日本高能物理界，甚至日本政府的指導(dǎo)思想就是要使其直線對撞機(jī)工程國際化。在日本高能界的強(qiáng)力推動(dòng)下，日本直線對撞機(jī)首次被亞洲未來加速器委員會列為亞太地區(qū)的未來大科學(xué)裝置之一。最近，又有消息說，日本要把“日本直線對撞機(jī)”中的“日本”二字去掉以推動(dòng)該工程的國際化。歐洲和美國也日益表現(xiàn)出興趣進(jìn)一步推進(jìn)在直線對撞機(jī)上的合作。這一模式涉及聯(lián)合研發(fā)和聯(lián)合建造機(jī)器。所有這些模式表明國家間和地區(qū)間在大科學(xué)上的合作在日益加強(qiáng)，沒有這些合作大科學(xué)是不能想象的。

近年來，我國根據(jù)自己的能力和優(yōu)先領(lǐng)域，有選擇地參加了許多國際合作。上面提到了一些，除此之外，我們還參加了日本和歐洲直線對撞機(jī)的研發(fā)工作。參加這些合作對我們十分重要，以下僅枚舉幾個(gè)方面：

使我們能夠在這一大科學(xué)的前沿領(lǐng)域占有一席之地并且能跟蹤這一前沿領(lǐng)域的最近發(fā)展。

使我們能夠提高我們自己的研究水平并培養(yǎng)高層次的人才。

使我們能夠?qū)@一大科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展做出與我們地位相稱的貢獻(xiàn)。

事實(shí)說明，通過多年的努力我們實(shí)現(xiàn)了這些目標(biāo)。我們成功地建成了北京正負(fù)電子對撞機(jī)并取得許多令人矚目的研究成果。除此之外，我們還發(fā)展了我們自己的優(yōu)勢領(lǐng)域。比如，我們成功批量生產(chǎn)了多種加速器部件并出口到歐、美、亞的許多國家。積極地參與這些國際合作并保持這一勢頭十分重要。我們完全有能力也必須參與直線對撞機(jī)的合作，但我們是一個(gè)發(fā)展中國家，不可能在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的國際合作中投入太多。利用我們多年來發(fā)展的優(yōu)勢領(lǐng)域，我們可以量力選擇某些合作領(lǐng)域和某些合作方式。“實(shí)物貢獻(xiàn)”就是一個(gè)可行的方式。

北京正負(fù)電子對撞機(jī)重大改造工程不久前剛剛得到中國政府的批準(zhǔn)。我們也在努力使其國際化，或至少亞洲化以吸引更多的國際參與，從這個(gè)意義上說，我們多參與國際合作必定有有益的回報(bào)。