陳和生
中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所
01 北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的建設(shè)
中國(guó)高能物理加速器的建設(shè)方案經(jīng)歷了七上七下的曲折歷程。1981 年3 月李先生和一些美國(guó)科學(xué)家建議中國(guó)建造2×2.2 GeV 的正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)，開展粲物理研究。李先生的這個(gè)建議得到了中國(guó)高能物理學(xué)家的支持。在李先生的幫助下，高能物理研究所開始進(jìn)行設(shè)計(jì)和預(yù)制研究工作。1984年10 月7 日鄧小平同志來(lái)到高能物理研究所為北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)工程奠基，并為中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所和北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)題詞。小平同志親切接見了李先生，感謝他為中國(guó)高能物理發(fā)展的努力。1988 年10 月高能物理研究所按計(jì)劃高質(zhì)量地建成了BEPC，成功地首次實(shí)現(xiàn)正負(fù)電子對(duì)撞。10 月24 日黨和國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人來(lái)到高能物理研究所參加了落成典禮。在李先生陪同下參觀了對(duì)撞機(jī)。小平同志發(fā)表了“中國(guó)必須在高科技領(lǐng)域占有一席之地”的著名講話，深刻闡述了發(fā)展中國(guó)科學(xué)技術(shù)的戰(zhàn)略思想，強(qiáng)調(diào)中國(guó)高能物理的發(fā)展不能斷線。小平同志再次高度贊揚(yáng)了李先生對(duì)發(fā)展中國(guó)高能物理的貢獻(xiàn)。
BEPC投入運(yùn)行后，迅速達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，成為了世界八大高能加速器中心之一，取得許多重大物理成果，τ-粲物理研究處于國(guó)際領(lǐng)先，在世界高能物理領(lǐng)域占有一席之地。北京同步輻射裝置(BSRF)成為我國(guó)主要的廣譜同步光源,為多學(xué)科交叉前沿研究提供了大型平臺(tái)。北京譜儀(BES)是一個(gè)以我為主的大型國(guó)際合作組。BES 的一系列重大成果使粲物理研究成為國(guó)際粒子物理研究熱點(diǎn)之一。
北京譜儀國(guó)際合作組主要的成果包括：
1. τ 輕子質(zhì)量精確測(cè)量：使τ輕子質(zhì)量世界平均值改變了3 倍標(biāo)準(zhǔn)差，精度提高了10 倍，驗(yàn)證了輕子普適性，獲1995年國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)。
2. 2-5 GeV 能區(qū)強(qiáng)子產(chǎn)生截面R值精確測(cè)量：平均測(cè)量精度提高了2~3倍，使精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)α(Mz2)的誤差減少了兩倍，大大提高了標(biāo)準(zhǔn)模型對(duì)Higgs粒子質(zhì)量的預(yù)測(cè)精度。獲國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)。
02 BEPC/BES/BSRF升級(jí)項(xiàng)目延誤
BEPC/ BES 的成功是中國(guó)高能物理研究的里程碑。中國(guó)物理界對(duì)BEPC/BES 的發(fā)展寄予厚望。為了改進(jìn)其性能，在李政道先生的推動(dòng)下，1993 年5 月中國(guó)科學(xué)院批準(zhǔn)BEPC/BES/BSRF 升級(jí)改進(jìn)項(xiàng)目，以改進(jìn)其性能，獲得更多的物理結(jié)果，預(yù)算為3500萬(wàn)元。
升級(jí)項(xiàng)目主要包括：
• 直線加速器將電子和正電子的束能量提高到1.55 GeV(J/ψ全能量);
• 儲(chǔ)存環(huán)的亮度增加1倍;
• BES探測(cè)器升級(jí)(BES II)，用新的主漂移室MDC II替代老化的MDC。
1995 年夏BEPC 停止運(yùn)行，開始進(jìn)行升級(jí)改進(jìn)。
但是由于以下困難，這個(gè)項(xiàng)目受到延誤：
• 由于速調(diào)管性能不穩(wěn)定，直線加速器束流能量未能達(dá)到1.55 GeV;
• 儲(chǔ)存環(huán)的亮度沒(méi)有達(dá)到增加一倍的目標(biāo)。
• MDC II 的HV feedthrough 的質(zhì)量問(wèn)題嚴(yán)重影響了BESII 的調(diào)試。
• 探測(cè)器出現(xiàn)嚴(yán)重的噪音，尤其是在MDC II中，來(lái)源不明。
加速器和探測(cè)器的調(diào)試都遇到了很大的困難，未能按計(jì)劃恢復(fù)正常運(yùn)行。升級(jí)項(xiàng)目的長(zhǎng)期延遲使高能物理研究所陷入了十分困難的境地，承受著巨大的壓力。
當(dāng)時(shí)高能物理研究所的處境比較困難。研究所的經(jīng)費(fèi)嚴(yán)重不足，職工工資低，人才流失加劇。BEPC 運(yùn)行和維護(hù)經(jīng)費(fèi)嚴(yán)重短缺。例如1998 年高能物理研究所的總預(yù)算大約只有7000 萬(wàn)元，其中2700 萬(wàn)用于BEPC 的運(yùn)行和維護(hù)。運(yùn)行和維護(hù)預(yù)算在十年間只增加了30%。由于缺乏維修和備件，BEPC 的設(shè)備逐漸老化。故障率增加，嚴(yán)重影響運(yùn)行效率。經(jīng)費(fèi)短缺造成加速器和探測(cè)器等新技術(shù)的研發(fā)不足。
為了幫助高能所克服在改進(jìn)過(guò)程遇到的困難，在李先生的建議下，中國(guó)科學(xué)院聘請(qǐng)了美國(guó)著名的加速器物理學(xué)家Maury Tigner 教授來(lái)高能所指導(dǎo)工作，培養(yǎng)技術(shù)骨干，開展新的加速器技術(shù)的研究。
03 高能物理研究所的未來(lái)發(fā)展
從20 世紀(jì)90 年代中期開始，中國(guó)高能物理界就高能物理所的未來(lái)計(jì)劃進(jìn)行了廣泛的討論。李政道先生對(duì)高能物理研究所的未來(lái)發(fā)展十分關(guān)心，對(duì)于能夠推動(dòng)中國(guó)高能物理發(fā)展的設(shè)想都一如既往、滿腔熱情地給予支持。
關(guān)于高能物理研究所未來(lái)發(fā)展的廣泛討論始于1993年。未來(lái)發(fā)展的方案主要有兩個(gè)方向：
1. 第三代同步輻射光源成為國(guó)際大科學(xué)裝置發(fā)展的熱點(diǎn)，對(duì)諸多學(xué)科交叉前沿的研究越來(lái)越重要。國(guó)內(nèi)科技界對(duì)建設(shè)中國(guó)的第三代同步輻射光源和散裂中子源的呼聲不斷高漲。以滿足中國(guó)科學(xué)界對(duì)同步輻射光源的強(qiáng)烈需求，并為τ-Charm 物理升級(jí)BEPC(如BEPCII)。下一代τ-Charm 物理設(shè)施的建設(shè)將來(lái)再考慮。
1993 年丁大釗、方守賢和冼鼎昌三位院士提出高能物理研究所建設(shè)中國(guó)第三代同步輻射光源。這是中國(guó)科技界的迫切需求和主流意見。高能物理研究所擁有中國(guó)最強(qiáng)的加速器團(tuán)隊(duì)和同步輻射團(tuán)隊(duì)。北京地區(qū)擁有國(guó)內(nèi)最多的用戶，成為建設(shè)第三代同步輻射光源的首選地。中國(guó)科學(xué)院認(rèn)為，高能物理研究所是建設(shè)該設(shè)施的首選。然而，高能物理研究所領(lǐng)導(dǎo)的興趣主要集中在τ-Charm 工廠(TCF)項(xiàng)目。1995 年復(fù)旦大學(xué)教授楊福家和謝希德提議在上海建造第三代同步輻射光源，得到上海市政府的支持。上海市政府決定承建中國(guó)第三代同步輻射光源，并承擔(dān)12 億建設(shè)經(jīng)費(fèi)的三分之一。中國(guó)科學(xué)院決定支持上海市建造第三代同步輻射光源。李政道先生敏銳地認(rèn)識(shí)到在中國(guó)建設(shè)第三代同步輻射光源的重要性，積極支持上海建設(shè)第三代同步輻射光源，將其納入中美高能物理合作會(huì)談的內(nèi)容，動(dòng)員美國(guó)的國(guó)家實(shí)驗(yàn)室?guī)椭O(shè)計(jì)，并邀請(qǐng)國(guó)際知名專家系統(tǒng)組織講習(xí)班，培養(yǎng)技術(shù)骨干。
根據(jù)中國(guó)科學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的安排，1998 年底高能物理研究所的20 多名資深加速器和同步輻射物理學(xué)家到上海應(yīng)用物理研究所負(fù)責(zé)上海光源的設(shè)計(jì)和研發(fā)，并培養(yǎng)同步輻射光源的設(shè)計(jì)和建設(shè)隊(duì)伍。上海光源的建設(shè)拉開序幕。
時(shí)任中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)的周光召教授后來(lái)曾多次對(duì)我說(shuō)：高能物理研究所的最大失誤是放棄了第三代光源。
2. τ-Charm 能區(qū)物理的精確測(cè)量BES 實(shí)驗(yàn)的巨大成功顯示了τ- Charm 能區(qū)的巨大物理潛力，引起了國(guó)際高能物理界的廣泛關(guān)注。未來(lái)τ- Charm物理研究需要增加1 ~ 2 個(gè)數(shù)量級(jí)的數(shù)據(jù)樣本和高性能探測(cè)器，即高精度研究前沿。在三個(gè)有重要物理意義，適于建造這種大量產(chǎn)生某種粒子的“工廠”的能區(qū)中，美國(guó)和日本分別建造了能量約10 GeV的B介子工廠，意大利建造了能量為1 GeV 的Φ介子工廠，均已投入運(yùn)行，主要研究CP破壞。唯一留下的窗口是BEPC 工作的τ-粲能區(qū)。BEPC 未來(lái)發(fā)展的定位于τ-粲能區(qū)的高精度物理測(cè)量是必然的選擇。
實(shí)現(xiàn)的方案大致可以分為兩種：
a)新建高亮度雙環(huán)對(duì)撞機(jī)，即τ-Charm 工廠(TCF)。
西班牙和俄羅斯先后都提出了建造TCF的方案。高能物理研究所提出了在園區(qū)西側(cè)新建TCF的方案，它是一臺(tái)質(zhì)心系能量為4GeV，具有單色能量和極化束流的雙環(huán)對(duì)撞機(jī)，周長(zhǎng)400 米，初步預(yù)計(jì)造價(jià)約12億元。高能物理研究所在τ-Charm物理研究、TCF加速器和探測(cè)器設(shè)計(jì)等方面做了大量的工作，并舉辦了關(guān)于TCF的國(guó)際研討會(huì)。李政道先生對(duì)這個(gè)能區(qū)的τ-輕子物理進(jìn)行了深入研究，發(fā)表了文章，討論可能開展的研究課題。高能所完成了TCF的可行性研究報(bào)告，并提交給中國(guó)科學(xué)院。
然而，中國(guó)高能物理界對(duì)TCF方案存在很大的分歧。主要的批評(píng)意見是：
• 物理目標(biāo)：一些物理學(xué)家認(rèn)為與巨大的投入相比，TCF 提出的主要物理目標(biāo)不夠明確，很可能最終只是改進(jìn)對(duì)一些物理過(guò)程存在的limit。
• 12 億元的造價(jià)明顯被低估。而且即使是12億元，對(duì)國(guó)家當(dāng)時(shí)的“五年計(jì)劃”期間對(duì)大科學(xué)裝置設(shè)施的總投資來(lái)說(shuō)也太多。這是否符合國(guó)家科技發(fā)展政策的優(yōu)先級(jí)?
• 對(duì)某些關(guān)鍵技術(shù)的可行性提出疑問(wèn)，例如單色能量束流……
b)BEPC II，即重大改造方案：
在有限的預(yù)算內(nèi)，升級(jí)現(xiàn)有加速器是國(guó)際上許多大型加速器普遍采用的策略，如美國(guó)SLAC 的PEP II 從PEP 升級(jí)改造而來(lái)、日本KEK的KEKB從Tristan 升級(jí)改造而來(lái)，后來(lái)進(jìn)一步升級(jí)到Super-KEKB。因此BEPC的升級(jí)，即BEPCII，是另一個(gè)可能的選擇。
我認(rèn)為BEPC未來(lái)發(fā)展的定位是Charm能區(qū)物理的精確測(cè)量，物理窗口主要是在3~4 GeV能區(qū)精確測(cè)量和研究J/ψ 和ψ′能區(qū)內(nèi)的稀有衰變，這是研究微擾和非微擾量子色動(dòng)力學(xué)及其過(guò)渡階段性質(zhì)的最佳能區(qū)。BEPC運(yùn)行在截面很高的J/ψ 和ψ′共振峰，具有獨(dú)特的閾值優(yōu)勢(shì)，能提供具有最小本底的高統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)樣本。這樣不再需要建設(shè)新的TCF加速器，而是以較少的投入對(duì)加速器和探測(cè)器作重大改造的BEPCII 是最佳選擇，將亮度提高1 個(gè)數(shù)量級(jí)。
CESR 改進(jìn)的成功經(jīng)驗(yàn)對(duì)我們是很好的啟發(fā)。CESR 原來(lái)運(yùn)行在10GeV 的能區(qū)，成功實(shí)現(xiàn)了麻花軌道，多束團(tuán)對(duì)撞大幅度地提高了亮度，因此是BEPC升級(jí)的一個(gè)可能和現(xiàn)實(shí)的選擇。方守賢院士團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了BEPCII 麻花軌道方案的Lattice 計(jì)算，認(rèn)為在加速器物理上是可行的，技術(shù)上是可以實(shí)現(xiàn)的。
經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間討論后，中科院明確不支持TCF方案。高能物理研究所面臨著不確定的未來(lái)，必須為BEPC 的未來(lái)發(fā)展找到一個(gè)現(xiàn)實(shí)的方案，更重要的是要為中國(guó)粒子物理和先進(jìn)加速器的長(zhǎng)期發(fā)展制定一個(gè)正確戰(zhàn)略。
04 BEPCII 方案
1997 年2 月我被任命為高能物理研究所副所長(zhǎng)。研究和制定高能物理所的發(fā)展戰(zhàn)略是我的主要任務(wù)之一。我組織了BEPCII 單環(huán)方案的初步設(shè)計(jì)和可行性研究。
BEPCII的基本設(shè)計(jì)為：
• 直線加速器升級(jí)：提高正電子注入速率以縮短注入時(shí)間。
• 儲(chǔ)存環(huán)的升級(jí)：在現(xiàn)有的加速器實(shí)現(xiàn)麻花軌道方案，將亮度提高10倍。
• BESIII 探測(cè)器：采用新的晶體量能器和新的主漂移室。
BEPCII 的造價(jià)估計(jì)約為4 億元人民幣。我相信BEPCII 方案將以可能的造價(jià)保持BEPC 在τ-Charm物理的國(guó)際領(lǐng)先地位。
1997 年7 月，高能所向中國(guó)科學(xué)院提交了《北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)未來(lái)發(fā)展預(yù)研項(xiàng)目建議書》，中國(guó)科學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)對(duì)北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的這個(gè)重大改造的方案持肯定態(tài)度，鼓勵(lì)我們進(jìn)一步深入研究其可行性。
中國(guó)科學(xué)院于1998 年6 月組織了院士咨詢委員會(huì)，對(duì)高能所未來(lái)發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行咨詢，建議如下：
• BEPC未來(lái)發(fā)展采用BEPCII方案;
• 重視非加速器粒子物理實(shí)驗(yàn)的研究;
• 重視輻射技術(shù)的應(yīng)用。
1998 年7 月，我被任命為高能物理研究所所長(zhǎng)。李衛(wèi)國(guó)副所長(zhǎng)負(fù)責(zé)BESII 的運(yùn)行和調(diào)試。張闖副所長(zhǎng)負(fù)責(zé)加速器的運(yùn)行和調(diào)試。當(dāng)時(shí)，我們面臨三個(gè)大的挑戰(zhàn)：
• 恢復(fù)加速器和探測(cè)器的運(yùn)行;
• 盡快達(dá)到BEPC升級(jí)項(xiàng)目的指標(biāo);
• 確定高能物理研究所發(fā)展的路線圖，特別是BEPC的發(fā)展戰(zhàn)略。
1998 年7 月李政道先生給國(guó)務(wù)院領(lǐng)導(dǎo)寫了一封信，明確表示“如果近期沒(méi)有物理方面的重大突破，我認(rèn)為中國(guó)沒(méi)有必要建立TCF。”
05 BEPC 升級(jí)達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)
我們調(diào)整了高能所的管理體制，優(yōu)化了BEPC/BES團(tuán)隊(duì)。1998 年10 月BEPC加速器恢復(fù)了運(yùn)行，開始升級(jí)改進(jìn)的調(diào)試。我們鼓勵(lì)物理學(xué)家和工程師盡一切可能找出并解決BEPC/BES 中的故障。在高能所團(tuán)隊(duì)的努力下，加速器和探測(cè)器的調(diào)試工作取得了良好的進(jìn)展。到1998年底，
• 直線加速器束流能量達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)：1.55GeV電子和正電子注入。
• 束流能量為1.55 GeV時(shí)，儲(chǔ)存環(huán)的亮度達(dá)到了5.8×1030 cm-2s-1的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
• 確定探測(cè)器噪聲的來(lái)源是對(duì)撞點(diǎn)附近的DCCT。通過(guò)改進(jìn)其屏蔽，解決了探測(cè)器的噪聲問(wèn)題。
• 降低MDC-II 運(yùn)行的高壓。BESII 的調(diào)試顯示出良好的性能。
BEPC/BES/BSRF 的升級(jí)終于達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)，并于1999年2月7日通過(guò)了科學(xué)院的鑒定驗(yàn)收。
1999 年春天，BESII 進(jìn)行了2~5 GeV 強(qiáng)子R 值的精確測(cè)量。結(jié)果表明，R值的精度由15%~20%提高到6.6%。這一優(yōu)異的測(cè)量結(jié)果對(duì)希格斯質(zhì)量的預(yù)測(cè)等產(chǎn)生了很大的影響。國(guó)際高能物理界對(duì)R值測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了高度評(píng)價(jià)。
BEPC 達(dá)到了改進(jìn)項(xiàng)目的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定高效的運(yùn)行，而且BESII 獲得了許多重要的物理結(jié)果。中國(guó)高能物理研究終于擺脫了困境。
06《中國(guó)高能物理發(fā)展戰(zhàn)略》報(bào)告
中國(guó)高能物理未來(lái)的發(fā)展必須面向國(guó)際高能物理的最新發(fā)展，必須符合中國(guó)的國(guó)情，必須滿足國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展的戰(zhàn)略需求。經(jīng)過(guò)多年廣泛深入的討論，受中國(guó)科學(xué)院的委托，我作為主要執(zhí)筆人，編寫了《中國(guó)高能物理發(fā)展戰(zhàn)略》的報(bào)告。要點(diǎn)包括：
• BEPC 的未來(lái)發(fā)展方案是BEPCII：物理目標(biāo)定位在粲物理精確測(cè)量的國(guó)際前沿，采用國(guó)際通常采用的對(duì)現(xiàn)有設(shè)施進(jìn)行重大改造。
• 非加速器物理實(shí)驗(yàn)：由于微觀的粒子物理研究和宇觀的宇宙學(xué)和天體物理研究的交叉融合，形成了粒子天體物理交叉前沿，中微子物理實(shí)驗(yàn)、粒子天體物理實(shí)驗(yàn)、宇宙線觀測(cè)等成為了研究的熱點(diǎn)。我們應(yīng)當(dāng)根據(jù)國(guó)際前沿發(fā)展動(dòng)向，發(fā)揮我國(guó)的特點(diǎn)，選擇合適的切入點(diǎn)。
• 國(guó)際合作：參加高能量前沿大型實(shí)驗(yàn)的合作，例如LHC 實(shí)驗(yàn)的國(guó)際合作和國(guó)際直線對(duì)撞機(jī)ILC的R&D。
• 積極發(fā)展基于加速器的大型科學(xué)研究平臺(tái)，如先進(jìn)同步輻射光源，散裂中子源、硬X射線自由電子激光等，為多學(xué)科交叉前沿研究提供有力的研究工具。
1999 年6 月28 日中科院向國(guó)家科教領(lǐng)導(dǎo)小組第五次會(huì)議提交了《中國(guó)高能物理發(fā)展戰(zhàn)略》報(bào)告。會(huì)議討論了這個(gè)報(bào)告，并要求中科院進(jìn)一步研究中國(guó)高能物理界的路線圖，并聽取國(guó)際粒子物理學(xué)家的意見。并同意了報(bào)告中提出的增加BEPC運(yùn)行和維護(hù)改進(jìn)預(yù)算的建議:
• 將BEPC的年度運(yùn)行經(jīng)費(fèi)從2700 萬(wàn)元提高到5000萬(wàn)元。
• 1999~2001 年期間，每年提供3000 萬(wàn)元專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)用于BEPC設(shè)備的改進(jìn)和未來(lái)發(fā)展的研發(fā)。
BEPC運(yùn)行和維護(hù)改進(jìn)費(fèi)用的大幅度提高是雪中送炭，極大地增強(qiáng)了BEPC的運(yùn)行和維護(hù)工作，為穩(wěn)定高效運(yùn)行和BES 的物理產(chǎn)出奠定了基礎(chǔ)。隨后我院其他大科學(xué)裝置的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用也得到了提高。這對(duì)當(dāng)時(shí)的國(guó)家對(duì)基礎(chǔ)研究的投入的力度來(lái)講是非常不容易的。李政道先生積極推動(dòng)了BEPC的運(yùn)行和維護(hù)改進(jìn)費(fèi)用的增加。
對(duì)預(yù)算增加，高能所在BEPC 運(yùn)行性能和效率方面作出了下列承諾:
• 年度運(yùn)行時(shí)間從7 個(gè)月增加到9.5 個(gè)月，其中BES 的對(duì)撞實(shí)驗(yàn)為5 個(gè)月，同步輻射專用運(yùn)行3 個(gè)月，機(jī)器研究為1.5個(gè)月。
• 加速器啟動(dòng)時(shí)間由1個(gè)月縮短至半個(gè)月以內(nèi)。
• 提高注入效率，直線加速器注入束流能量1:3→1:5。
• BEPC的故障率小于6%。
• 在2000-2002 年期間，BES II 將獲取5000 萬(wàn)J/ψ事例。
在這些有力的支持下，高能所員工的士氣高漲。維修和備件方面的顯著改善。BEPC運(yùn)行性能不斷提高，更換了陳舊設(shè)備，提高了亮度和運(yùn)行效率，上述承諾都得以實(shí)現(xiàn)。BESII 僅用了一年半的時(shí)間就獲取了5800 萬(wàn)J/ψ事例，隨后半年里又收集了14 個(gè)pb-1 的ψ′事例，取得了多項(xiàng)重要的物理結(jié)果。全所的職工有了自信心和對(duì)未來(lái)發(fā)展的信心，也從根本改善了高能物理研究所在科學(xué)院的形象，為我們爭(zhēng)取BEPC未來(lái)發(fā)展的重大計(jì)劃奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
07《中國(guó)高能物理與先進(jìn)加速器發(fā)展目標(biāo)》報(bào)告
根據(jù)國(guó)家科技領(lǐng)導(dǎo)小組的精神，我們?cè)谥袊?guó)粒子物理學(xué)界組織了關(guān)于中國(guó)粒子物理和加速器路線圖的廣泛討論。國(guó)際粒子物理學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)證明了路線圖中的策略是正確的。越來(lái)越多的高能所的科技人員支持該路線圖。多位諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主和國(guó)際上主要粒子物理實(shí)驗(yàn)室主任都對(duì)高能物理所的這個(gè)發(fā)展戰(zhàn)略給予積極的評(píng)價(jià)。BEPC這兩年的巨大進(jìn)步和豐碩成果證明了高能物理研究所有能力去實(shí)現(xiàn)BEPC 未來(lái)的發(fā)展。BEPCII 決策的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟。我們進(jìn)一步完善了這個(gè)報(bào)告，包括國(guó)際粒子物理的最新的發(fā)展，以及更加強(qiáng)調(diào)大型多學(xué)科交叉前沿研究平臺(tái)的建設(shè)。該路線圖的更新版本被稱為“中國(guó)高能物理和先進(jìn)加速器發(fā)展戰(zhàn)略”。
2000 年7 月中科院將該報(bào)告提交給了國(guó)家科學(xué)技術(shù)指導(dǎo)委員會(huì)第七次會(huì)議。我列席了這次會(huì)議。會(huì)議原則上同意了《中國(guó)高能物理與先進(jìn)加速器發(fā)展戰(zhàn)略》報(bào)告，并批準(zhǔn)了投資4 億元進(jìn)行的BEPC的重大改造(BEPCII)。
2000 年10 月我向李政道先生匯報(bào)了《中國(guó)高能物理與先進(jìn)加速器發(fā)展戰(zhàn)略》的要點(diǎn)，以及我們實(shí)施這個(gè)戰(zhàn)略的部署。李先生十分肯定這個(gè)發(fā)展戰(zhàn)略，認(rèn)為報(bào)告很好地規(guī)劃了中國(guó)高能物理的發(fā)展。他積極組織美國(guó)各大國(guó)家實(shí)驗(yàn)室通過(guò)中美高能物理會(huì)談的合作機(jī)制支持高能物理所進(jìn)行的BEPCII 的設(shè)計(jì)和R&D。
08 來(lái)自CESRc 競(jìng)爭(zhēng)
從1999 年夏天開始，高能所開始BEPCII 的設(shè)計(jì)和R&D。然而2000 年底，CESR考慮到Charm 能區(qū)豐富的物理成果，決定將其質(zhì)心系能量從10 GeV區(qū)域降低到Charm 能量區(qū)域，即所謂的CESRc，設(shè)計(jì)亮度為3×1032 cm-2s-1，與BEPCII 單環(huán)方案的亮度相同。為了討論北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)II 的設(shè)計(jì)，我和張闖、李衛(wèi)國(guó)于2000 年1 月訪問(wèn)了美國(guó)康奈爾大學(xué)的CESR 和SLAC。CESR 的領(lǐng)導(dǎo)對(duì)我們的訪問(wèn)頗為冷淡，沒(méi)有進(jìn)行任何技術(shù)性討論，也沒(méi)有安排參觀超導(dǎo)腔實(shí)驗(yàn)室。CESR 所長(zhǎng)M. Tigler 教授認(rèn)為，CESR 已成功實(shí)現(xiàn)了10 GeV 的加速器麻花軌道，在兩年內(nèi)降低能量，轉(zhuǎn)換為CESRc 是相當(dāng)容易的。這使BEPCII 計(jì)劃面臨著非常激烈的競(jìng)爭(zhēng)。顯然，單環(huán)版BEPCII 的麻花軌道方案需要相當(dāng)長(zhǎng)的建設(shè)和調(diào)試時(shí)間，很難與CESRc 競(jìng)爭(zhēng)，于是我們考慮了采用雙環(huán)方案。隨后我們?cè)L問(wèn)了SLAC。SLAC主任J. Dorfan 和B. Richter 教授鼓勵(lì)我們繼續(xù)進(jìn)行雙環(huán)方案。他們認(rèn)為與CESRc 的短期方案相比，BEPCII雙環(huán)方案更加可行和可靠。
李先生知道了這些變化，意味深長(zhǎng)地說(shuō)：“Life is interesting”。
CESRc 對(duì)BEPCII 的沖擊是巨大的，所內(nèi)外有些有人很悲觀，認(rèn)為BEPC在與CESRc的競(jìng)爭(zhēng)中必?cái)o(wú)疑。
09 BEPC II:雙環(huán)設(shè)計(jì)
我們注意到，日本高能加速器中心在KEKB成功實(shí)現(xiàn)了大交叉角碰撞。這使得在BEPC現(xiàn)有的隧道內(nèi)設(shè)計(jì)大交叉角對(duì)撞，建設(shè)雙環(huán)對(duì)撞機(jī)成為可行。我們發(fā)現(xiàn)BEPCII 的雙環(huán)設(shè)計(jì)的亮度可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)CESRc。因此我們集中力量開始了BEPCII 的雙環(huán)設(shè)計(jì)研究。我們深入進(jìn)行BEPCII 的雙環(huán)方案設(shè)計(jì)。詳細(xì)的Lattice 計(jì)算表明，利用KEKB相互作用區(qū)域的大交叉角對(duì)撞，高性能雙環(huán)方案可以在BEPC 隧道中實(shí)現(xiàn)。同時(shí)我們認(rèn)為，從加速器物理的角度來(lái)看，CESRc 是一個(gè)短平快的方案，有很大的不確定性，以前從未做過(guò)，很難預(yù)測(cè)是否可行。我們不能放棄競(jìng)爭(zhēng)。BEPC II 應(yīng)在J/ψ′和ψ′能量上進(jìn)行優(yōu)化，其物理潛力要比CESRc高得多。設(shè)計(jì)亮度應(yīng)比CESRc的設(shè)計(jì)亮度高3~4倍。
我們確定了雙環(huán)BEPCII的設(shè)計(jì)方案：
• 在BEPC 隧道現(xiàn)有環(huán)內(nèi)建造新環(huán)，兩個(gè)半新環(huán)和兩個(gè)半舊環(huán)在兩個(gè)相互作用區(qū)域交叉，形成雙環(huán)對(duì)撞機(jī);
• 11 mrad大交叉角水平碰撞;
• 每環(huán)93束，總束電流約為1A;
• 每個(gè)環(huán)采用一個(gè)500 MHz的超導(dǎo)射頻腔，對(duì)撞區(qū)使用超導(dǎo)插入磁鐵;
• Linac升級(jí):正電子注入速率> 50mA/min;
• 束流能量為1.89 GeV 時(shí)，亮度為1033cm-2s-1，比BEPC增加了兩個(gè)數(shù)量級(jí);
• 保持同步輻射運(yùn)行模式，包括專用光和兼用光，性能大幅度提高。
我們決定建造新的探測(cè)器BESIII，用1Tesla 的大超導(dǎo)磁體，CsI 晶體量能器和主漂移室。BESIII將提供小的系統(tǒng)誤差和非常高的數(shù)據(jù)采集率，以匹配高亮度的加速器。
BEPCII/BESIII 的設(shè)計(jì)和建造得到了國(guó)際高能物理界特別是美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和KEK的大力支持，包括關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)、評(píng)審、研發(fā)和制造。中美高能物理合作會(huì)議以BEPCII/BESIII 合作為重點(diǎn)，協(xié)調(diào)在關(guān)鍵技術(shù)和部件方面的努力。
2001 年4 月我在高能所的大會(huì)上強(qiáng)調(diào)：CESRc實(shí)際上隱含巨大的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和不確定性。國(guó)際上許多著名加速器專家對(duì)它并不看好。BEPCII 采用雙環(huán)方案仍有諸多優(yōu)勢(shì)。我們的基點(diǎn)必須放在競(jìng)爭(zhēng)上。中國(guó)的高能物理沒(méi)有退路。退，就意味著中國(guó)高能物理實(shí)驗(yàn)國(guó)內(nèi)基地的終止，必須破釜沉舟，背水一戰(zhàn)。兩軍相逢勇者勝。
2001 年6 月我向李政道先生詳細(xì)匯報(bào)了BEPCII 的雙環(huán)方案和面臨的競(jìng)爭(zhēng)。李政道先生明確支持雙環(huán)方案，并強(qiáng)調(diào)：
• CESR 轉(zhuǎn)入粲能區(qū)運(yùn)行，表明粲物理重要，我們的發(fā)展戰(zhàn)略是正確的。
• 競(jìng)爭(zhēng)利大于弊，能逼迫我們努力奮斗，并吸引國(guó)際高能界的重視，互相檢驗(yàn)重大成果。
• 充分發(fā)揮中美高能物理會(huì)談合作渠道，支持BEPCII。
• 一定要在競(jìng)爭(zhēng)中取勝。
李先生的這些指教和鼓勵(lì)大大增強(qiáng)了我們推動(dòng)BEPCII雙環(huán)方案的信心。
在深入計(jì)算雙環(huán)方案的Lattice 的基礎(chǔ)上，我們逐步完善了雙環(huán)對(duì)撞機(jī)的設(shè)計(jì)方案，逐一落實(shí)了關(guān)鍵設(shè)備的設(shè)計(jì)及其可行性。我們的設(shè)計(jì)方案在南北2 個(gè)對(duì)撞點(diǎn)采用了特殊的設(shè)計(jì)，使得一機(jī)兩用得以繼續(xù)。儲(chǔ)存環(huán)的設(shè)計(jì)保留已有的同步輻射光束線不變。我們組織了國(guó)際顧問(wèn)委員會(huì)對(duì)加速器的雙環(huán)方案和BESIII 探測(cè)器方案進(jìn)行了深入評(píng)審，確認(rèn)基本設(shè)計(jì)方案是可行的。對(duì)于我們基礎(chǔ)薄弱的超導(dǎo)插入四極磁鐵和超導(dǎo)高頻腔，我們分別落實(shí)了與美國(guó)BNL和日本KEK的合作設(shè)計(jì)和研制。李政道先生在推動(dòng)與BNL的合作方面發(fā)揮了重要的作用。雙環(huán)方案的造價(jià)估計(jì)為6.4 億元，遠(yuǎn)超過(guò)原來(lái)計(jì)劃的4 億元。我們請(qǐng)示中國(guó)科學(xué)院路甬祥院長(zhǎng)，確定申請(qǐng)國(guó)家投資從4 億元增加到5.6 億元，高能所自籌1 億元，來(lái)自前述國(guó)家科技領(lǐng)導(dǎo)小組確定給BEPC安排的維護(hù)改進(jìn)費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)。
李政道先生親自給朱镕基總理，科技部部長(zhǎng)，國(guó)家自然科學(xué)基金委主任等有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)一一寫信，力推BEPCII 采用雙環(huán)設(shè)計(jì)方案，支持BEPCII 的國(guó)家撥款經(jīng)費(fèi)增加到5.4億元。
經(jīng)過(guò)各方的共同努力，BEPCII雙環(huán)方案順利通過(guò)了國(guó)家發(fā)改委的各項(xiàng)立項(xiàng)程序，2003 年11 月3 日BEPCII動(dòng)工報(bào)告獲得了批準(zhǔn)。
010 BEPCII 的建設(shè)
BEPCII工程于2004年1月動(dòng)工。BEPCII/BESIII的建設(shè)意味著中國(guó)加速器和探測(cè)器技術(shù)的巨大飛躍，包括許多中國(guó)從未有過(guò)的尖端技術(shù)。施工過(guò)程中經(jīng)歷了許多困難和曲折。全所同仁團(tuán)結(jié)一心，頑強(qiáng)拼搏。他們夜以繼日地努力工作，克服了一個(gè)又一個(gè)技術(shù)困難，保證計(jì)劃的完工日期“后墻不倒”。
BEPCII 的合作成為了這十多年中美高能物理會(huì)談的主題。李先生運(yùn)用他在美國(guó)高能物理界的巨大影響力，動(dòng)員和協(xié)調(diào)美國(guó)各個(gè)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室?guī)椭覀冞M(jìn)行BEPCII 的設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)。每年的中美高能物理會(huì)談深入討論我們?cè)贐EPCII 中遇到的技術(shù)問(wèn)題和需求，逐項(xiàng)安排，一一落實(shí)。例如，實(shí)現(xiàn)BEPCII 對(duì)撞區(qū)大交叉角對(duì)撞的關(guān)鍵設(shè)備是超導(dǎo)插入磁鐵。它是當(dāng)時(shí)世界上最復(fù)雜和緊湊的超導(dǎo)插入磁鐵。李先生協(xié)調(diào)美國(guó)BNL與我們合作，成功地設(shè)計(jì)和建造了這一對(duì)超導(dǎo)插入磁鐵，保證了大交叉角對(duì)撞的實(shí)現(xiàn)。李政道先生密切注視BEPCII建設(shè)的進(jìn)展，幫助我們解決技術(shù)困難，為我們?nèi)〉玫倪M(jìn)展感到高興。他多次親自到BEPC隧道視察工程進(jìn)展，圖1 是李先生2006 年6 月視察BEPC 隧道。圖2 是2007 年6 月在BEPCII 和BESIII 三臺(tái)大型超導(dǎo)磁體聯(lián)合勵(lì)磁成功后，李政道先生親臨BES譜儀大廳，表示祝賀。
直線加速器于2007 年12 月通過(guò)驗(yàn)收。BESIII于2009 年4 月2 日通過(guò)中科院驗(yàn)收。2008 年7 月16 日，BEPCII 實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)環(huán)的第一次對(duì)撞。2009年5 月，BEPCII 的亮度達(dá)到驗(yàn)收指標(biāo)3×1032cm-2s-1，李政道先生立即發(fā)來(lái)了賀信(圖3)，表示熱烈的祝賀。BESIII 獲得了許多有趣的物理結(jié)果。BEPCII按期完成了施工和調(diào)試，不超預(yù)算，并達(dá)到了驗(yàn)收指標(biāo)。2009 年7 月通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收。正如我們所料，CESRc“短平快”的方案完全不能達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，無(wú)法與BEPCII 競(jìng)爭(zhēng)。在BEPCII 開始運(yùn)行后不久，它就停止了對(duì)撞物理運(yùn)行。
2016 年4 月BEPCII 的亮度達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)1033 cm-2s-1。李政道先生立即發(fā)來(lái)了賀信(圖4)，BEPCII 的成功，保持和發(fā)展了其在世界charm 物理領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。BEPCII實(shí)現(xiàn)了中國(guó)加速器和粒子探測(cè)器技術(shù)的巨大飛躍，為此后十多年來(lái)的粒子實(shí)驗(yàn)和粒子加速器提供了支持。更重要的是，年輕一代的加速器和探測(cè)器物理學(xué)家和工程師在建造過(guò)程中成長(zhǎng)起來(lái)?，F(xiàn)在BEPCII 正在準(zhǔn)備新的升級(jí)，進(jìn)一步提高束流能量和對(duì)撞亮度，提高國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。
BEPCII凝聚了李政道先生最多的心血，也是中國(guó)高能物理發(fā)展歷史上的一個(gè)美好篇章。李先生的歷史性貢獻(xiàn)載入了史冊(cè)。今天我們回顧這段歷史，衷心感謝李先生對(duì)中國(guó)高能物理的巨大貢獻(xiàn)，李先生對(duì)科學(xué)的執(zhí)著,對(duì)真理的追求，對(duì)祖國(guó)的熱愛和奉獻(xiàn)，是我們學(xué)習(xí)的楷模，永遠(yuǎn)教育和激勵(lì)著我們年輕一代團(tuán)結(jié)奮斗，鑄造中國(guó)高能物理新的輝煌。
