文｜『中国科学報』記者の倪思潔
1984年10月7日、北京西郊、中国科学院高エネルギー物理研究所（以下、高エネルギー所）で行われた北京正負電子衝突機の定礎式で、鄧小平同志はこう述べた。
この日、鄧小平同志は衝突機の定礎石に最初の鍬を入れた。当時の高能所の張文裕所長は彼の手を引いて、「私の長年の願いは今日ついに実現した」と興奮した。
40年後の今日、この定礎式を思い出すと、高エネルギー研究所の張突進研究員の目は少し潤んでいた。「あの日、多くの人が一生待っていた」。
1950年代から、中国の科学者はずっと我が国に自分の高エネルギー物理加速器がなくて、科学研究の仕事は長期にわたり国外のデータに依存しています。彼らは常に自分の加速器で世界最先端の研究をする夢を持っている。風雲激動の中で、この夢は7回点火され、また7回消えた。基礎を築き、彼らの夢がついに実現したことを意味している。
わずか4年で、中国の科学者は国際同業者を驚かせる速度で、我が国初の大科学装置である北京正負電子衝突機を建設した。それから40年、持続的に産出された科学成果、日に日に強大になる人材陣、しっかりと足を踏み入れる中国の高エネルギー物理は、すべて事実を用いて鄧小平同志の話を証明して、この事は間違いありません。
七「上」七「下」
1975年3月、暖かくなったり寒くなったりしたが、春の息吹はまだ濃厚ではなかった。
遼寧省北票鉱務局に勤めている張さんは、北京出張の会議の合間を縫って、中関村を訪れ、自分の大学の先生、清華大学の張礼教授を見舞いました。張さんは清華大学工学物理学部で粒子加速器専攻を専攻し、卒業後は炭鉱に配属されたが、先生とは密接なつながりを保っていた。
ドアをノックして、部屋に入って座って、二人はまだ挨拶をしていないうちに、張礼は興奮して張さんに「周総理は指示があって、高エネルギー物理は上だ」と伝えた。
張礼の声は大きくないが、張突進を一つに震わせた。それは鍵のように、長い間閉じていたドアを開けた。
話は3年前から。
1972年8月18日、張文裕、朱洪元、謝家麟など18人の科学者が周首相に手紙を書いた。手紙の中で、彼らは「高エネルギー物理実験はほとんど空白で、高エネルギー物理理論研究はすべて海外の実験データに頼っている」と訴えた。
高エネルギー物理研究は物質微細構造とその運動法則の最前線を認識する学科であり、高エネルギー加速器と対応する探査装置はこの最前線研究の重要なツールである。
新中国成立直後の1950年10月、中国科学院の物理学者たちは粒子加速器を建設し、核物理実験研究を展開することを提案した。1953年、世界初の高エネルギー加速器が米国で登場し、趙忠尭、張文裕、王淦昌などの古い世代の中国人物理学者は中国の高エネルギー加速器の建設を推進するために努力し始めた。しかし、政治風雲の変幻と国民経済の盛衰は、この夢を何度も「馬に乗る」こと、また何度も「馬に降りる」ことにさせた。
手紙の中で、彼らは「できるだけ早く高エネルギー物理を発展させる方針政策を確定し、同時に組織上で保証を与え、できるだけ早く高エネルギー物理研究所を設立し、基礎理論研究の主管部門の指導に帰す」と呼びかけた。
1972年9月11日、周恩来首相は「この件はこれ以上遅らせてはならない。科学院は基礎科学と理論研究をつかむと同時に、理論研究と科学実験を結合しなければならない」と批判した。
1973年2月1日、党と国家指導者の関心のもと、中国科学院は高エネルギー所を設立した。張さんの心の中では、それは期待できない「殿堂」だった。
2年後、1975年3月、高エネルギー所の組織科学者は深く研究し、国務院に「高エネルギー加速器の予備研究と建造問題に関する報告」を報告し、10年以内にエネルギー400億電子ボルトの陽子シンクロトロンを建造することを明らかにした。
病院のベッドで、周首相は報告書を審査し、承認した。その後、高エネルギー加速器プレハブ研究プロジェクトには独自のコードネーム「七五三プロジェクト」が誕生した。
「学校は加速器学科を卒業した学生を高エネルギー所に推薦した。あなたもリストにいる」と張礼は張さんに言った。「七五三プロジェクト」の需要を満たすため、高エネルギー所は全国各地に散らばっている関係専門家の募集を始めた。
その日、張さんが先生の家を出たとき、出張の疲れが吹き飛んだ。この時、道端の木の枝はまだ裸になっていたが、張さんの心の中にはもう小さな花が咲いていた。それは彼と先生たちが長い間待っていた夢だった。
1976年秋、科学者は自信を持って、「七五三プロジェクト」案を再論証し、より壮大な「八七プロジェクト」計画を提出し、国の承認を得た。
「八七工程」は三段階に分けて歩く：第一歩、3億元を費やし、300億電子ボルトのスローパルス陽子環状加速器を建設する、第二段階では、7億元を費やし、1987年末までに400億電子ボルトのプロトン環状加速器を建設した。第三歩、20世紀末までに、世界一流の高エネルギー加速器を建設する。
しかし、間もなく、我が国の国民経済は調整し、インフラを緊縮し、高エネルギー陽子加速器は「国家の不要不急」に属するため「下馬」にランクされた--これはすでにこのプロジェクトの7回目の「下馬」である。ニュースを知って、張文裕などの古い世代の科学者や張突進などの若い世代は焦っている。
1980年5月、張文裕、趙忠尭、朱洪元など39人の高エネルギー物理学者が連名で上書し、「八七工程」が「下馬」しないように懇願した。鄧小平同志は「この事は影響が大きすぎて、『下馬』するべきではない」と批判した。
この指示は中国の科学者たちにチャンスを残した。工事が停滞しているにもかかわらず、希望は残っている。
誰もがより国情に合った加速器案を考え直し、第8次希望に向かった。
8回目の希望
「八七工程」が停滞した後、高エネルギー物理学者たちは一緒に方案調整問題を研究した。
1981年、「八七工程」の停滞問題の影響を受けて、中米高エネルギー物理連合会議は予定通りに開催されなかった。ニュースを知った後、中国系物理学者の袁家骝、呉健雄夫妻と李政道は焦り、彼らは国家指導者に提案し、すぐに専門家を米国に派遣して交渉することを提案した。
1981年3月、中国科学院は高エネルギー所の朱洪元、謝家麟を米国に派遣して商談を行った。彼らは李政道、袁家骝、呉健雄、そして米スタンフォード直線加速器センターの潘ノフスキー主任ら米国の高エネルギー物理学者と会議を開き、中国の高エネルギー物理学の将来性について討論した。最終的には、中国で2×22億電子ボルトの正負電子衝突機を建設することが最善の案だということで一致した。
新しい方案では、建造費は「八七工程」の3分の1で、物理窓の内容が豊富なだけでなく、高エネルギー物理研究を行うと同時に、シンクロトロン放射線応用研究を行い、「一機両用」を実現することができる。
しかし、朱洪元、謝家麟がこの案を国内に持ち帰ると、激しい論争が始まった。
衝突機の開発は、技術的な難しさとリスクが大きい。正負電子衝突機は2本の極細、高速運転、希薄な電子ビーム団を衝突させ、「正確」であると同時に、「十分に衝突しなければならない」。皆さんは、「中国はできるのだろうか」「開発されても、性能指標は達成されているのだろうか」「進度が下がって物理的な窓が閉まったらどうするのだろうか」など、さまざまな心配がある。
「当時の中国の弱い基礎で、プラスマイナスの電子衝突機を建設するには、鉄道のホームに立って、走ってきた特急列車に飛び乗りたいと思っていたようなものだ。飛び乗ったら前に進み、捕まえなければ粉骨砕身だ」という人もいた。
1981年9月、中国科学院数理学部は3日間にわたって「豊台会議」を主宰して開催した。同時に、高エネルギー所の内部でも複数のセミナーが組織されている。誰もが国家の高エネルギー物理の未来のために最も現実的な活路を模索している。
案は1981年末まで議論されていた。その間、中国科学院は当時の院内主管部門の責任者だった鄧照明氏を謝家麟氏、朱洪元氏とともに米国に派遣した。李政道らの堅持の下、鄧照明氏は中国科学院の指導者と電話をかけ、1時間近くの協議を経て、院の指導者は正負電子衝突機の方案を肯定した。
1981年12月5日、中国科学院は「北京正負電子衝突機の建設に関する予備研究」を報告した。報告書を見た鄧小平同志は、「この工事はここまで進んでいるので、中断するべきではない。彼らが提案した方針は、比較的確実に実行可能だ。私は承認することに賛成し、ためらわない」と批判した。
1983年4月、我が国は北京正負電子衝突機プロジェクトを正式に承認し、1988年末に完成する予定である。
その後、北京正負電子衝突機工程指導グループの組長を務めた谷羽氏は、「この指示は中国の高エネルギー物理事業に生気と活力を注入し、中国の高エネルギー加速器を危機から解放した」と感慨深げに語った。
「特急列車」に飛び乗る
1984年10月7日午前10時、北京西郊玉泉路の高能所に色とりどりの旗が翻った。鄧小平、楊尚昆、万里、方毅などの党と国家指導者、そしてわざわざ米国から駆けつけた科学者たちが集まっている。みんなが待ち望んでいた北京正負電子衝突機がついに着工した。
次に、科学者たちは4年かそれ以上の時間をかけて、ホームから国際高エネルギー物理学という疾走する「特急列車」に「跳躍」しなければならない。
北京正負電子衝突機は注入器、輸送線、貯蔵環、北京スペクトル計、シンクロトロン装置などの部分から構成され、工事に関わる専用設備は数万台に達し、技術が複雑で精度の要求が極めて高く、中国はこれまでやったことがない。工事は最初から肝心な問題にぶつかった：全面的に導入するのか、それとも自主的に開発するのか？
プロジェクトリーダーグループのリーダーとして、谷羽氏はグループのメンバーを率いて中国の科学技術と工業状況を真剣に分析し、最終的に決定した。コンピュータと少数の当時中国で開発できなかった設備及び使用量が少なく、人力と物力を使って開発する価値のない設備、部品、材料のほか、主に自分の力で設計と開発を行った。
極端な粒子衝突環境を提供するために、北京正負電子衝突機の各種設備の技術指標はいずれも限界に迫っており、その中に関連する高出力マイクロ波、高性能磁石、高安定電源、超高真空などの技術は、設計指標のほとんどが当時の技術能力を超えている。
例えば、衝突機が電子を加速するには、安定したマイクロ波電磁場が必要であり、「Sバンド高出力クライストロン」という部品はマイクロ波磁場電子システムの「心臓」である。当時、国内で最も技術レベルの高いSバンド高出力クライストロンでは、パルス出力は15 ~ 20メガワットに達することができたが、これは衝突機工事の需要を満たすことができなかった。
そこで、高エネルギー所の科学研究者と工場は協力して、国外の1980年代初期のすべての生産技術を吸収消化し、元の生産ラインを改造し、クライストロンのマイクロ波電力を34メガワットに引き上げるだけでなく、国産変調器の電力を50メガワットから100メガワットに引き上げ、作業寿命を1000時間から10000時間に引き上げた。
この突破はマイクロ波電力源の高出力、高安定度、長寿命に対する衝突機の技術的要求を満たしただけでなく、合肥シンクロトロン放射光源、北京自由電子レーザー、上海自由電子レーザーなどの我が国の「八五」期間のいくつかの加速器プロジェクトも、国産のマイクロ波電力源と特殊導波素子を徐々に使用した。
似たような技術的突破は衝突機の開発過程においてまだたくさんある。衝突機を建設するために、我が国は真空技術、電磁石、大電力高安定度電源などの面でより高い技術レベルに達している。また、高エネルギー所は1987年に我が国初の国際コンピュータ通信回線を建設し、我が国の「国際情報高速道路」建設の先駆者となった。
1988年10月のある日、当時の高エネルギー所長だった葉銘漢氏は北京スペクトル計の建造、設置、調整の任務を担当していた鄭志鵬氏を見つけた。
「近日中に中米高エネルギー会談が始まります。米国側の専門家は北京にいますが、この時プラスマイナスの電子衝突が実現すれば、それは適切な時間になるでしょう」と葉銘漢氏は述べた。
鄭志鵬氏はすぐに輝度検出器を担当する同僚たちを見つけ、信号と騒音の見分け方を相談した。いくつかの昼夜連続の調整を経て、彼らはゆっくりと装置の「性質」を把握した。
北京正負電子衝突機の建設期間中、科学研究者は北京スペクトル計に主ドリフト室信号線を取り付けた。
1988年10月16日未明、北京の正負電子衝突機が衝突モードにあるとき、輝度モニタに正負電子の散乱信号が表示され、時間とともにカウントが増加した。衝突機を衝突モードからシングルビームモードにすると、信号が消えます。何度も繰り返して、やっと、みんなが確認して、「ぶつかった」。
ロビーでは、全員が飛び上がって喜び、一夜の疲れが吹き飛んだ。情報を知った葉銘漢は夜明け早々に運転室とスペクトル計ホールを訪れ、正負電子が衝突した事実を確認した。
良いニュースはすぐに高エネルギー所全体に伝わり、メディアを通じて全国に広まった。
北京正負電子衝突機の中制御室。
1988年10月24日、過ぎ去ったばかりの秋雨が北京を快適にし、鄧小平同志は再び高エネルギー所に来た。この日、北京正負電子衝突機の建造成功を発表！
「過去であれ、今日であれ、将来であれ、中国は自分のハイテクを発展させ、世界のハイテク分野で一席を占めなければならない」と鄧小平氏は完成式で述べた。
1988年、北京正負電子衝突機が建設され、張文裕と工程経理謝家麟（右二）、副経理陳森玉（右一）、総工芸士徐紹旺（左一）は貯蔵環トンネルで交流した。
4年間、中国の科学者は本当に国際高エネルギー物理という疾走する列車に「飛び乗った」。
「衝突機の成功は中国の科学技術発展の重要なマイルストーンだ」とノーベル物理学賞受賞者のリクター氏は評価した。
それ以来、中国の大科学計画の時代が本格的に始まった。
北京正負電子衝突機の工事が完了した貯蔵リング。
「両軍が出会って勇者が勝つ」
1990年、1年以上の調整を経て、北京正負電子衝突機が正式に運行された。
それはすぐに中国の高エネルギー物理基礎研究の「宝地」になった。その産出したデータによって、中国の科学者は国際高エネルギー物理界に影響を与える重要な研究成果を得た：これまでτ軽子の品質に対する最も正確な測定を実現する、20億〜50億電子ボルトエネルギー領域の正負電子衝突強子反応断面積（R値）の正確な測定を実現する、「プロトン−反プロトン」質量閾値における新しい共振状態を発見した、新しい粒子Xが発見された（1835）……
設置が完了した北京スペクトル計。
世紀の変わり目、国際的な高エネルギー物理競争はますます激しくなっているが、北京の正負電子衝突機はすでに10年も稼働している。中国の科学者たちは新しい考えを持っている：アップグレード！
当時の高エネルギー所長だった陳和生氏は、国際高エネルギー物理最前線の発展に注目してきた。2000年、彼が主宰して制定した「中国高エネルギー物理と先進加速器発展目標」は国家科学技術指導グループの原則の同意を得て、その中には北京正負電子衝突機に対する重大な改造が含まれている。
これを受けて、米コーネル大学のコーネルプラスマイナス電子衝突チームは脅威を感じている。彼らは、コーネル正負電子衝突機を「短平速」の方法で改造すると発表し、改造後の北京正負電子衝突機より2年早く同じ性能指標に達する見通しだ。
これは「宣戦布告」と同じだ。「両軍が出会って勇者が勝つ！」陳和生は身近な科学研究者に話した。国際的な専門家と議論を重ねた結果、コーネル大学の案は必ずしも実現できるとは限らず、中国の設計案は努力さえすれば必ずできることが分かった。
みんなは困難に直面して、北京正負電子衝突機改造（BEPCII）方案に対して重大な調整を行い、国際先進的な双環方案を採用し、北京正負電子衝突機の性能を100倍に高め、国際競争で主導権を獲得することを計画している。
2004年1月、BEPCIIが正式に着工し、建設内容は注入器の改造、二重貯蔵環対向機の建造、北京スペクトル計IIIの新設、汎用施設の改造などを含む。
激しい国際競争が繰り広げられた。
高エネルギー所のほか、中国科学技術大学、中国科学院理化技術研究所、中国科学院合肥物質科学研究院、中国科学院上海珪酸塩研究所、中国科学院上海応用物理研究所などと関連院以外の科学研究機関、企業が参加し、建制化の難関を突破する力を形成した。
彼らは5年間をかけて、北京正負電子衝突機の明るさと総合性能を国際的なトップレベルに高め、工事の自主開発設備は85%を超えた。
アップグレードされた北京正負電子衝突機はミクロン級の高流量ビーム団の正確な衝突を実現し、ピーク輝度は改造前の約100倍であり、探査機の性能と運行効率の向上に加え、日積分輝度は改造前より100倍以上向上した。
2006年11月18日午前5時過ぎ、北京正負電子衝突機は重大な改造を経て、電子ビームの貯蔵リング中の蓄積に成功し、科学研究者は制御室でこの時刻を記録した。この記事の画像は回答者によって提供されています
2009年のBEPCIIプロジェクト完成時まで、コーネル大学の衝突機はその設計指標の4分の1にしか達しず、運転を停止せざるを得なかった。その衝突機で実験を行った多くの高エネルギー物理学者が北京スペクトル計III協力グループに参加した。
「これは中国の高エネルギー物理実験研究のもう一つの重大な飛躍であり、中国が粲物理研究とτ軽子高エネルギー研究の面で国際的にリードし続けるために堅固な基礎を築いた」と李政道氏は評価した。
より高い性能はより豊かな科学研究成果をもたらす。2013年3月、北京スペクトル計III協力グループは新たな共鳴構造Zc（3900）の発見を発表した。これは科学者が長期的に探してきた「4クォーク物質」である可能性が高く、米『物理』誌が発表した2013年物理学分野の11の重要な成果に選ばれ、首位にランクインした。2008年から2015年6月末まで運行され、新たな粒子X（1870）、X（2120）、X（2370）なども観測された。
科学研究の過程で、若い高エネルギー物理研究者も成長し、優秀な博士や博士が次々と全国の各科学研究機関、大学に送られ、中国の高エネルギー物理発展の新鮮な血液となった。
高エネルギー所の王貽芳現所長は「今日から見れば、北京正負電子衝突機の建設は当時の最良の選択だった。中国の高エネルギー物理を国際高エネルギー物理分野で一席を占め、国際レベルのチームを育成し、国内の他の大科学装置の建設も推進した」と感慨深げに語った。
今日になっても、北京の正負電子衝突機の改造が行われている。「私たちは加速器の部分を改造して、その明るさをさらに3倍にしています。その後、北京の正負電子衝突機は2030年ごろまで運行できる見込みです」と王賴芳氏は述べた。
多くの経験者の目には、北京正負電子衝突機の建設は何世代もの科学技術者が引き続き奮闘した結果であり、全国の多くの機関が大いに協力して得た成果であり、改革開放後の国際協力のおかげでもある。
王貽芳氏によると、北京のプラスマイナス電子衝突機が残した「啓示」には、「高エネルギー物理発展は最先端の科学目標、国家実力と需要、学科自身の発展目標を総合的に考慮して装置建造案を選択しなければならない」、「国際的な挑戦と競争を大胆に受け入れなければならない」、「国内の実験基地は終始国際的地位を強固にし、発展させる堅固な基礎である」、「装置建設案はできるだけ他の学科の需要を考慮しなければならない」、「自主革新と国際協力の結合を堅持しなければならない」……
過去を振り返ってみると、中国の高エネルギー物理のスタートは困難で紆余曲折があったが、科学者たちは希望と情熱を失ったことがなかった。かつての挫折と栄光は、中国の高エネルギー物理学者の胆力と気質を成し遂げた。彼らも後者のために非常に貴重な経験を蓄積した--困難の中で守り、希望の中で奮闘した。
（実習生の阚宇軒はこの文にも貢献している）
「中国科学報」（2024-03-25第4版特集）
