通过对中国高能物理学院士研究趋势的计量分析（见图6.6），加之对他们科研经历的回顾，发现中国高能物理学院士在研究领域的成就主要集中于发现“反西格马负超子”、建造“北京正负电子对撞机”、在“大亚湾反应堆中微子实验”及基本粒子物理学中取得重大突破等代表性科技成果。

图6.6　中国高能物理学院士研究领域的发展趋势

1）“反西格马负超子的发现”培养了中国高能物理学的种子团队

1956年9月，王淦昌作为中国代表，参加社会主义国家联合原子核研究所成立会议，会后，他留在该所驻地杜布纳做研究员，借助这里的实验仪器，探索微观世界新奇粒子的径迹。1959年3月9日，研究小组成员在100亿eV质子同步稳相加速器上捕捉基本粒子及其运行轨迹，随后从4万张底片的粒子径迹中，发现了一张“反西格马负超子”事例的图像照片，这是在高能π介子核反应中首次观察到带奇异夸克的反粒子、衰变和衰变产物湮没等完整的图像。1962年3月，在欧洲原子核研究中心，研究人员在当时世界上最大的加速器（300亿eV）上发现了另一种反超子“反克赛负超子”。在高能物理史上，反西格马负超子和反克赛负超子被并列为公认的最早发现的两个负超子。王淦昌与王祝翔、丁大钊因“反西格马负超子的发现”获得了1982年国家自然科学奖一等奖。

1931年，王淦昌提出可能发现中子的试验设想，但受实验条件和导师不很重视的影响，没有付诸实践。1932年，英国科学家查德威克（James Chadwick）按此思路进行实验发现了中子，并获得了1935年诺贝尔物理学奖。这是王淦昌与迈特纳的遗憾，但从中可看出王淦昌扎实的实验物理功底。1932年12月，王淦昌完成了关于内转换电子研究的博士论文，取得博士学位后，访问了卡文迪许实验室等欧洲著名科学中心，会见了卢瑟福、查德威克、埃利斯等物理大师，这些为他回国开展原子核物理实验、高能物理实验等研究奠定了基础。1934年，王淦昌回国发展，在浙江大学任教期间培养了李政道。1941年，王淦昌在“关于探测中微子的一个建议”中提出，可以通过测量氢原子核俘获K壳层电子释放中微子时产生的反冲验证中微子是否存在。1942年6月，美国物理学家艾伦依据王淦昌提出的实验思路，在《物理评论》上发表了“一个中微子存在实验证据”的实验报告，被物理学界称为“王淦昌-艾伦实验”证实了中微子存在。王淦昌还是我国最早开始宇宙线研究的物理学家，他与肖健在张文欲的提议下，于1954年共同领导建成了位于云南落雪山海拔3 185 m处的中国第一个高山宇宙线实验室，并自行设计建造了磁云雾室进行宇宙线与物质相互作用的研究。1956年，在苏联杜布纳联合核子研究所，王淦昌领导的物理小组首次发现了“反西格马负超子”（～∑-），引起了国际学术界轰动。自苏联回国后，他投入到我国核武器研究，指导了中国多次地下核试验、爆炸物理试验、近区核爆炸探测和激光模拟核爆炸试验等。1962年9月，几乎与彭桓武领导的原子弹理论研究组提出设计方案同步，王淦昌负责领导的核爆炸工艺研究取得突破性进展，完成原子弹炸药组装这一设计任务。1964年，王淦昌提出利用激光打靶实现核聚变的设想，成为国际激光惯性约束核聚变理论和研究的创始人之一，推动我国在这一领域的科研工作走到了世界前列。1978年，王淦昌担任原子能研究所所长以来，开始关注原子能的和平利用，倡导中国核电站的建设。1986年3月，王淦昌与王大珩、陈芳允、杨嘉墀联合向中央提出了《关于跟踪研究外国战略性高技术发展的建议》，即“863计划”，该计划的实施极大地推动了中国高技术的发展。

王淦昌在苏联杜布纳期间，培养了中国一批高能物理学的种子队伍，包括基本粒子物理学领域的何祚庥、冼鼎昌等，高能物理实验领域的唐孝威、王乃彦、王祝翔、丁大钊等，粒子加速器方面的方守贤等，在中国宇宙线领域影响了肖健等，形成了中国高能物理研究的先驱团队，他们构成了中国高能物理学发展的中坚力量。

2）“北京正负电子对撞机”的建成带动了中国高能物理学的迅速发展

（1）建造“北京正负电子对撞机”的始末。

中华人民共和国成立初期，我国在加速器领域处于零起点，1950年，赵忠尧排除重重阻挠，从美国带回了一些核物理实验设备和材料，这些器材在他主持筹建的我国最早的核物理实验室和第一台质子静电加速器中起了重要作用。因此有人称：“中国的第一台加速器是赵忠尧背回来的。”^[2]随着赵忠尧、谢家麟等这些加速器物理学家陆续回国，我国才开始了一些低能或中能小型加速器的研制，这为我国高能加速器的建造奠定了基础。20世纪50年代初，苏、美、欧等少数工业发达的国家已开始大力筹建高能加速器……我国在当时则是毫无条件可言，但鉴于它的技术及应用可能与核工业有关，也确认了要开展高能物理的研究^[3]。1956年，周恩来总理主持制定了我国第一个科学技术发展规划——《1956—1967年全国科学技术发展远景规划》，规划指出：“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，立即进行普通加速器和探测仪器的工业生产，并在短期内着手制造适当的高能加速器。”^[4]但由于中华人民共和国成立初期的基本国情，高能加速器建设经历了曲折的发展历程。

1972年7月4日，杨振宁与张文裕等人参加“高能物理发展与展望”的座谈会，会上，杨振宁不赞成中国在那个时候建造高能加速器的计划，他说：“中国应当对人类有较大的贡献，但我不觉得应当就是在高能加速器方面。”“如果有1亿美元，为什么不拿来造计算机，发展生物化学，培养更多的人才，而一定要拿来研究高能加速器？”^[5]参加座谈会的何祚庥、冼鼎昌等高能物理学家提出，中国发展高能物理可以先从小的、能量低的加速器建设做起，同时中国也需逐步建立起自己的实验基地提高自主创新能力。同年8月，以张文裕为首的18位物理科学家联名给周恩来总理写信，提议建造一台高能加速器，以开展国内高能物理实验研究^[6]。9月11日，周恩来总理批示指出：“这件事不能再延迟了。科学院必须把基础科学和理论研究抓起来，同时又要把理论研究和科学实验结合起来。高能物理研究和高能加速器的预制研究，应该成为科学院要抓的主要项目之一。”周恩来总理为此批准成立中国科学院高能物理研究所，并任命张文裕为第一任所长^[7]。1977年，我国决定建造一台30 GeV的慢脉冲强流质子环形加速器，10年后，再建成一台400 GeV左右的质子环形加速器，该科学工程代号定为“八七工程”。1978年3月，张文裕为代表的高能所再次向上级汇报，要求将待建“八七工程”中30 GeV能量指标的加速器提高到50 GeV^[8]，即建造北京质子同步加速器（BPS）。

1980年初，国际粒子物理会议在广州市从化区召开，参会的许多海内外物理学家共同草拟了一封希望中国政府支持建造BPS的联名信，但国内外许多华人物理学家对建造BPS持反对意见。譬如以聂华桐为代表的14位美籍华裔科学家联名致信邓小平，认为建造50 GeV质子同步加速器对于当时中国的国情耗资过大，且靠投资建设BPS做出有意义研究成果的可能性十分渺茫，建成后也不足以挺进国际高能物理领域的先进水平。杨振宁也坚持认为，建造耗资巨大的高能加速器，不是中国高能物理界当时急需做的事情，虽然杨振宁反对建造BPS的计划，但是对中国公派美国进修高能物理与加速器研究的科学家依然倾心帮助。1980年底，在国民经济调整、实施紧缩型财政政策的大局下，中央有关部门最终决定“八七工程”缓建，中国高能物理实验装置“八七工程”最终下马，BPS更是不了了之。

建造BPS告一段落，但为了保证中国高能物理研究的继续开展，中央决定利用“八七工程”预制研究剩余的部分经费进行较小规模的高能物理建设。经过多次会议讨论与论证，多数高能科学家提议建造一台2×2.2 GeV的正负电子对撞机。该实验装置的建造，不仅可以推动我国高能物理研究的进步，而且还可以利用该设备电子储存环产生的同步辐射开展材料科学、固体物理、医学、生物、化学等方面的科研工作，为其他学科和国民经济服务。1981年12月22日，中国科学院党组书记李昌、副院长钱三强向邓小平等中央领导同志报告，请求批准正负电子对撞机的方案，邓小平同日即作出批示：“这项工程已进行到这个程度，不宜中断，他们所提方针，比较切实可行。我赞成加以批准，不再犹豫。”^[9]北京正负电子对撞机（Beijing Electron Positron Collider，BEPC）建设工程耗资比较低，性能比较先进，绝大多数中国科学家对建造BEPC持肯定态度。李政道、吴健雄和袁家骝等华裔物理科学家提议建造BEPC兼顾同步辐射器的方案，杨振宁也表示支持。1984年9月，国务院批准了关于建设BEPC的报告，明确了“一机两用”的方针，并增加了同步辐射光实验区的建设，国家总投资2.4亿元^[10]。同年10月7日，BEPC工程在北京玉泉路高能所内破土动工，邓小平在奠基仪式上说：“我相信，这件事不会错。”^[11]同时随着改革开放的不断深入，中科院高能所和美国5个高能物理国家实验室（ANL，BNL，FNAL，LBL，SLAC）建立了技术合作关系，BEPC建造工程成为了中国首例中外合作的大科学工程^[12]。可以看出，物理学界对BEPC方案的一致认可、国家领导人的大力支持、国际合作的有效实施等对BEPC的最终建造成功都起到了重要作用。

1988年10月16日，BEPC首次实现正负电子对撞，《人民日报》称“这是我国继原子弹、氢弹爆炸成功，人造卫星上天之后，在高科技领域又一重大突破性成就”，“它的建成和对撞成功，为我国粒子物理和同步辐射应用开辟了广阔的前景，揭开了我国高能物理研究的新篇章”。由于BEPC的成功运行，陈和生评论道：“新一代加速器工程师与数据工程师（在中国）成长起来了。”^[13]2004年1月，我国对BEPC进行了升级改造，耗资6.4亿元，在这次改造中，我国自主研发各类关键技术设备，最终使得改造工程对撞机部件的国产化率达到85%，并于2009年5月成功通过验收，升级后的BEPC性能比改造前提高了30多倍。

北京正负电子对撞机建成以来，依托于此实验装置，中国高能物理实验领域取得了一系列研究成果，中科院高能所的顾以藩、李新华等研究人员在北京正负电子对撞机上采集了ψ（2s）粒子大数据样本，开展了粲偶素物理的广泛研究，研究成果“ψ（2s）粒子及粲夸克偶素物理的实验研究”获得2001年国家自然科学奖二等奖，为我国粲偶素物理实验研究的继续发展并保持先进水平奠定了坚实基础。赵政国院士在中科院高能所工作期间，在北京谱仪上主持进行了2～5 GeV能区R值的精确测量，测量结果被国际粒子数据手册收录且被写入教科书，是国际高能物理学界的一个重要成果，“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”获得2004年国家自然科学奖二等奖。

（2）中国高能物理学院士在高能加速器研究方面的贡献。

中国高能物理学家们在高能物理加速器的建造中起到了举足轻重的作用，中国加速器建造的开创者当属赵忠尧、杨澄中、李正武，张文裕、谢家麟、方守贤等院士。

1927—1930年，赵忠尧在美国加州理工学院师从于密立根教授，从事“硬γ射线的散射”研究；1931年秋，到英国剑桥大学卡文迪许实验室，与卢瑟福一起工作，国外的学习经历使赵忠尧在原子核物理、宇宙线物理等方面接触到当时世界最前沿的知识；1946年他被委派出国后还承担着考察美国核物理进展和采购相关实验器材的任务；20世纪四五十年代，加速器是研究核物理不可或缺的工具，基于经济成本的考虑，赵忠尧在美国购买了加速器中的一些核心构件，1950年底从美国返回中国；1951年，赵忠尧在中国科学院近代物理研究所，迅速成立静电加速器组，开始加速器的研制工作；1955年，赵忠尧主持建成中国第一台700 k V质子静电加速器；1958年，领导建成2.5 MeV高气压型静电加速器，这两台加速器的研制使我国在该领域迈出了第一步，使我国迅速在静电加速器上开始核物理实验，同时该研制过程也培养了一批加速器的科技人才^[14]；1972年，赵忠尧参与中国科学院高能物理研究所筹建，并主管该所实验物理部，开始了高能物理领域的加速器研制工作。国际上最早研究轻核削裂反应的杨澄中，回国后，致力于原子核物理的加速器研制；1957年，自己设计并负责建造了中国第一台400 k V高压倍加器，后来领导建成1.5 m回旋加速器和中国第一台大型分离扇重离子回旋加速器系统。李正武院士也是中国第一台高气压型质子静电加速器和第一台电子静电加速器的主要研制者之一。自1955年建成中国第一台700 k V质子静电加速器以来，赵忠尧、杨澄中、李正武等物理学家研制并引进了包括各类静电加速器、电子直线加速器、回旋加速器、高压倍加器、质子直线加速器等近20台加速器，这些加速器主要应用于原子核物理的研究，但为高能物理领域加速器的研制奠定了基础。

中国科学院高能物理研究所首任所长张文裕，在美国普林斯顿大学进行μ子与核子相互作用的研究时发现了μ介原子，国际上称作“张原子”、“张辐射”，并开创了奇异原子领域。归国后，张文裕提议在云南高山站增建一台大云室组，王淦昌与肖健共同领导该实验室的筹建工作。建成后，发现了一个10倍于质子质量的重粒子，同时培养了中华人民共和国首批宇宙线研究人才。20世纪70年代以来，以张文欲为代表的一批高能物理学家，倡议在中国建造高能加速器以开展高能物理实验研究。叶铭汉于1984—1988年担任中科院高能物理研究所所长，20世纪50年代他一直参与赵忠尧加速器研制小组的工作，后来参与北京正负电子对撞机和北京谱仪总体方案的设计工作，1982年起主要负责北京正负电子对撞机上的大型通用磁谱仪——北京谱仪（BES）的研制工作，于1988年研制成功。

谢家麟被称为“中国粒子加速器之父”，20世纪50年代初，谢家麟在美国领导建成了当时世界上能量最高的一台医用电子直线加速器；1955年回国，1964年谢家麟领导建成我国最早的可向高能发展的电子直线加速器；20世纪80年代，谢家麟组织数十次研讨，反复权衡质子打静止靶和正负电子对撞两种装置的优缺点，最终确定了建造2.2 GeV的正负电子对撞机的方案，即北京正负电子对撞机，后在海内外华人高能物理学家的建议下，确定了“一机两用”的方案^[15]；20世纪90年代，在“863计划”的带动下，谢家麟转入自由电子激光的研究，研制成功亚洲第一台红外自由电子激光设施，为我国自由电子激光的发展奠定了基础；2000年，谢家麟在加速器简化方面取得重大突破，将电子直线加速器沿用几十年的三大系统精简为两个系统，研制成功世界上第一台简易结构加速器样机；在研制加速器等实验设施的过程中，谢家麟培养了大批中国加速器专业技术人才，基于谢家麟在提升我国加速器研究水平上所做的杰出贡献，授予他2011年度国家最高科学技术奖。

1986—1992年，担任高能研究所所长的方守贤院士，先期参加北京正负电子对撞机的储存环设计，并对BEPC的聚焦结构做了改进，后全面领导了BEPC工程，使其整机性能在国际同能区的加速器中处于领先地位，之后从事强流质子加速器、同步辐射光源、散裂中子源等前沿领域的研究工作。中科院原子能研究所的丁大钊院士和高能研究所的冼鼎昌院士，领导建成了中国第一个同步辐射装置，并开始了我国同步辐射应用领域的研究。

中国科学院高能物理研究所是我国高能加速器的建造中心，北京大学、中科院兰州重离子加速器国家实验室在低能加速器与重离子加速器研制方面有所成就。北京大学的陈佳洱是中国低能加速器物理技术方面的带头人，20世纪70年代，建成了我国第一台可使用的螺旋波导加速器样机；1988年，在北京大学建成中国第一个射频超导研究室；20世纪90年代初，完成了我国4.5 MV静电加速器的设计和建造，建成了中国首台26 MHz 300 keV的高频四极场（RFQ）加速器样机和北京大学加速器质谱计（PKUAMS）；2001年，与赵夔等成功建成中国首台144 MHz的1／4波长离子超导加速器样机，达到国际同类机的运行水平。中科院近代物理研究所在研制重离子加速器方面贡献突出，20世纪60年代初建成1.5 m经典回旋加速器；1988年建成我国第一台大型重离子加速器（HIRFL）；1991年成立了兰州重离子加速器国家实验室；2006年，在兰州重离子加速器上建成了超导高电荷态ECR（电子回旋共振）离子源；2008年，完成了国家大科学工程“兰州重离子加速器冷却储存环”（HIRFLCSR）的建造。

中国物理学院士在高能物理实验领域也有所贡献，最有影响力的是华裔物理学家丁肇中发现了J／ψ粒子从而引进了粲夸克解释，并获得了1976年诺贝尔物理学奖。国内的唐孝威院士早期从事原子核物理研究，20世纪70年代末转入高能物理实验领域，1978年1月，带领10名中国年轻物理学者到达德国电子同步加速器研究中心（DESY），加入丁肇中教授领导的马克·杰实验组进行高能正负电子对撞实验；1979年，该研究组在实验中发现了传递强作用力的基本粒子——胶子，还精确测量e+e-→μ+μ-反应的电荷不对称性，检验电弱统一理论^[16]；同年12月在美国物理学年会上，唐孝威做了关于发现胶子的学术报告，大会主席称赞说：“这是30年来，中国代表第一次在美国物理学年会上作报告。”华裔物理学家更是异常兴奋“我们为能在美国物理学年会上听到祖国的声音而自豪。”^[17]丁肇中对中国本土高能物理学家也给予了高度评价：“中国物理学工作者是勤奋的，富有创造力的，他们在实验的各个方面都做出了重要贡献。要是没有国内物理学工作者的努力，我们的工作不可能做得像现在这样好。”^[18]

在宇宙线物理领域，中国科学院紫金山天文台常进院士，致力于暗物质粒子空间探测的研究，高能电子宇宙射线是间接探测暗物质的重要手段之一，常进发现的“高能电子宇宙射线能谱超出”可以解释为暗物质粒子的湮灭（或衰变）现象，这具有重要的天文学和物理学意义，因此获得2012年国家自然科学奖二等奖。(www.daowen.com)

3）“大亚湾反应堆中微子实验发现中微子振荡新模式”实现了中国高能物理学的新突破

中微子是自然界中广泛存在的一种基本粒子，但由于其本身不带电、质量极其微小，且与其他物质相互作用微弱，加之如今科学实验设施的限制，很难观测到中微子的存在，致使有关中微子的大量谜团尚未解开。中微子的研究近些年很受关注，在这一领域，大部分成绩由日本和美国取得。21世纪以来，中国在该领域也不甘示弱，并有逐渐崛起之势，陈和生和王贻芳院士在此过程中贡献突出。

1979—1986年，陈和生参加了德国电子同步加速器研究中心的马克·杰实验，在此期间，他系统地发展了簇射计数器的刻度方法，为三喷注事例的发现做出了贡献，在参加欧洲核子研究中心（CERN）的L3实验时，对精确检验中微子代数等做出重要贡献。1998—2011年，陈和生担任中科院高能物理研究所所长，主持了北京正负电子对撞机的重大改造工程（BEPCⅡ），使改造后的高能加速器成为国际上最先进的双环对撞机之一；同时提出加强非加速器物理实验研究为我国高能物理另辟“新径”的发展思路，并在粒子天体物理实验、羊八井宇宙线观测和大亚湾反应堆中微子实验等领域，做出了一些世界一流的科技成果。

2011年，王贻芳接替陈和生担任中科院高能物理研究所所长，早期也参与了CERN的L3实验，为此后从事高能物理实验研究打下了坚实的基础。王贻芳领导了北京正负电子对撞机上新的北京谱仪（BESⅢ）的设计、建造及前期的研究，“北京正负电子对撞机重大改造工程”获得2016年国家科学技术进步奖一等奖。在中微子研究方面，王贻芳提出了利用大亚湾核电站的核反应堆，进行中微子振荡混合角θ13测量的实验计划。2011年，大亚湾中微子实验室正式投入使用，2012年3月8日，王贻芳团队（王贻芳、曹俊、杨长根、衡月昆、李小男等）实验测得新的中微子振荡模式，即发现了中微子的第三种振荡模式，该发现入选美国《科学》评选的“2012年十大科学进展”，直接推动中国在世界中微子研究领域占据重要地位。“大亚湾反应堆中微子实验发现的中微子振荡新模式”获得2016年中国国家自然科学奖一等奖，王贻芳目前是中国高能物理发展的“领头人”。

【注释】

[1]丁兆君，汪志荣.中国粒子物理学家学术谱系的形成与发展［J］.中国科技史杂志，2014（4）：411-432.

[2]董光训.落后与崛起——中国科学技术的过去现在和未来［M］.南京：南京大学出版社，1993：148.

[3]张文裕.我国高能物理三十五年的回顾［J］.高能物理，1984（3）：1-6.

[4]中华人民共和国科学技术部.1956—1967年科学技术发展远景规划纲要［EB／OL］.http：／／www.most.gov.cn／ztzl／gjzcqgy／zcqgylshg／200508／t20050831＿24440.htm.

[5]江才健.规范与对称之美——杨振宁传［M］.广州：广东经济出版社，2011：7.

[6]中国著名的物理学家——张文裕［J］.现代物理知识，1989（6）.

[7]胡新和.廿年科学工程史廿载辉煌创业篇——记北京正负电子对撞机工程［J］.工程研究-跨学科视野中的工程，2004（10）：144-156.

[8]关于调整高能物理实验中心第一台质子同步加速器能量指标的请示报告［B］∥中国科学院高能物理研究所年报（1972—1979）：65-66.

[9]高能所文书档案室.李昌，钱三强致中央领导的信［G］∥北京正负电子对撞机工程文书档案摘要汇编，1990：15.

[10]高能所文书档案室.关于审批北京正负电子对撞机（即8312工程）建设任务和规模的报告［G］∥北京正负电子对撞机工程文书档案摘要汇编，1990：11.

[11]打开中美高科技合作之门——方守贤缅怀邓小平催生电子对撞机［N］.大公报，2004-8-12.

[12]丁兆君，胡化凯.“七下八上”的中国高能加速器建设［J］.科学文化评论，2006（2）：85-104.

[13]Dennis Overbye.China Pursues Major Role in Particle Physics［EB／OL］.New York Times（online）.December 5，2006.http：／／www.nytimes.com／2006／12／05／cience／05china.html？pagewanted=all.

[14]柯遵科.赵忠尧赴美购置加速器始末［J］.民主与科学，2014（5）.

[15]王泓漓，吴晶晶，顾瑞珍.谢家麟：加速器王国的拓荒者［J］.中国人才，2012（3）.

[16]应和平.走近唐孝威［M］.杭州：浙江科学技术出版社，2011.

[17]杨建邺，肖明.瞧，他们是民族的骄傲——华裔诺贝尔奖获得者成功的故事（上）［M］.武汉：华中科技大学出版社，2012：168.

[18]佘峰.丁肇中：情系祖国的科学巨匠［J］.山东档案，2013（8）.