撰文

　　唐靖宇（中国科学院特聘研究员、高能物理研究所研究员、加速器专家）

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　　序言

　　最近丘成桐先生、杨振宁先生和王贻芳院士关于在中国建造超级对撞机 CEPC-SPPC 的辩论激发了全国性的辩论。我本人也从大家的意见收获了不少启发。我自以为这场大辩论是好事，有利于我国普通大众科学意识的提高。前两位是国际顶尖的科学家，更是我从上大学时就景仰的前辈；后者是我的同龄人，也是我的领导，同样也是国际顶尖的科学家（中国首个获得国际基础科学突破奖的人）。我在这里不直接对他们的意见进行评价，而是作为活跃在国内加速器领域的一个不是很知名的加速器专家，根据自己三十年来的经历和体会发表一些个人意见，主要不是参加争论而是起一点科普的作用。

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　　加速器是什么？

　　粒子加速器（通常简称加速器）是发明于20世纪二十年代的物理学研究的仪器设备，以将带电的微小粒子如电子、质子等加速到很高的能量或尽可能接近光速。只是随着核物理学和粒子物理学发展的需要，加速器变得越来越复杂、规模越来越大，从最初的由几个实验物理学家自已动手建造变得由一个专门的加速器队伍来设计建造，而对撞机则是加速器类型中最为复杂的。大型加速器涉及到的学科也比较广，包括物理学（束流物理或加速器物理，物理学的一个研究方向）、核科学技术和很多工科技术的交叉（包括加速器磁铁技术、电源技术、射频和微波技术、信号测量和电子学技术、真空技术、控制技术、辐射防护技术、超算技术、精密机械和准直测量技术等），还包括大科学工程的组织管理。因为涉及到几百名甚至上千名科学家和工程师的协同工作，这就不再是简单的工程建设，而是其中很多系统具有相当技术风险的科学工程。在一定程度上像上世纪六十年代的两弹一星工程和现在的航天工程，只是困难程度和风险程度不同。这绝对不是一个一般国力的国家可以做的，在一定程度上或一个方面也代表了一个国家在科学技术方面的能力。

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　　加速器有什么用？

　　在回答高能物理的研究成果有什么用时，王贻芳院士曾在一个公众场合明确地回答“没有什么用”。很多人同意，基础科学研究在短时期内是不能明确看到其实际应用的，但我们现在所有的技术几乎都来自基础科学研究。很多人也对加速器提出了这个问题。我在平常的生活中也经常碰到熟悉和不熟悉的人问我这个问题。我在给学生讲课时，有时也会讲到这个问题。我倒是想说“加速器还是挺有用的”。

　　前面提到了加速器是随着核物理和粒子物理的发展而发展起来的，那它肯定就是这两个学科的发展需要了。但科学的发展通常都会在你一开始并不知道的方向上发展出各种应用和技术来，并大量造福于人类。加速器的发展也不例外，现在加速器已广泛应用于人们生活的方方面面，从医院里的发射治疗、疾病诊断和灭菌，到农业育种和保鲜，再到工业 CT 和高性能电缆。在服务科学研究方面，它也大大地拓展了。现在基于同步辐射光源和散裂中子源的大型多学科应用平台几乎覆盖了所有的科学研究领域，有人统计70-80%的学科领域。同步辐射光（包括自由电子激光）和经过慢化的中子都是极好的物质结构研究探针。当然，不同学科方向目前在光源和中子源上的应用程度是很不一样的。它也能对一些工程技术的发展提供支持，这就是为什么欧美日的一些大公司会在光源或中子源上投资建造部分专用的应用终端。加速器还有另外一个重要作用，就是促进相当一部分技术的发展。因为大型加速器都会采用非常先进的技术，atv，其部件的研制会显著带动一个国家的工业技术的发展，如上面提到的多种交叉工科技术。我们国家30多年来加速器所带动的工业技术的发展经历也完全符合这个国际上的模式。而且新的加速器还要用到新的技术或者对原有的技术提出了更高的要求，基本上都是人类目前尚未掌握的。国际上的主要加速器实验室都会在启动前进行若干年甚至一二十年的关键技术研究，基本成熟后才转移给工业界。这也是国际上目前建造下一代超级质子对撞机（如我们的 SPPC）还不成熟的原因，还需要10-20年的时间来发展强场超导磁铁技术，而超导磁铁技术的发展必然会极大地促进它在其它工业领域的应用，如电力工业。我们以 SPPC 的需求为引导，组织国内很多科研院校和企业联合发展高温超导材料技术，就收到了非常好的响应。而且我国在高温超导材料特别是铁基超导材料方面具有很好的基础，在国际上也处于前列，如果能够协同攻关在15年左右的时间内掌握这项技术，就可以大大降低 SPPC 的造价（质子对撞机的磁铁系统要占总经费的50%以上），也会使我国在该技术上全面处于国际领先和带动相关产业的发展。

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　　加速器研究专家是高能物理研究专家？