关于大加速器的座谈

1972年夏，杨振宁访问新中国，做了10次演讲和座谈。其中第8次是7月4日下午在北京饭店的座谈。有30人参加，由当时的原子能研究所副所长张文裕主持。下面是这次座谈的记录。

张文裕：上次我们和杨先生座谈了对发展高能物理的展望，同志们提了不少意见和想法，来和杨先生讨论。今天我们有机会在上次座谈的基础上，更深入地和杨先生座谈一次。我们很同意杨先生在上次座谈会所讲的：高能物理是物理学的前沿和发展的中心，从长远看来必须发展。我们也认为，在祖国必须发展高能事业，问题是怎么走？分几步走？我们的基础差，不能够一下子就和人家比。我们很想听听杨先生对于国内发展高能物理学的意见，也很想了解国际高能发展的情况，有些什么好的经验和应当吸取的教训。

厉光烈：在上次座谈会上，杨先生讲过，目前高能物理的发展，问题不在于建造大的加速器，而在于物理观念的突破。请杨先生讲讲在这方面的想法。

杨振宁：我只是有一些猜想，但不一定正确。有一些物理问题，例如，弱作用的来源是什么，为什么有同位旋，为什么质子的形状因子是实验所给出的那样，强子的构造是什么，等等，都是高能物理学的中心问题。不解决不能使问题明朗化。如何解决？我认为无限多自由度的相互作用问题要首先解决。当然从加速器的实验可以得到启示，但是我怀疑。关键的概念要从理论上来。我的意思不是说高能加速器上做不出重要的实验，我要说的是，有关键意义的发展，要从物理概念上来。

徐绍旺：在上次座谈会上，杨先生谈到关于高能物理发展的一些想法，例如，探测器和加速器技术的发展等，和我们原来的看法差不多。但是我们要赶上国际先进水平，我们在走这一步的时候，就应当预先想到下一步应当怎么走。按照毛主席关于自力更生的教导，我们应当是立足国内，从现有的基础出发，考虑如何赶上的问题。但是我们的基础差，如果我们没有长远的目标，齐头并进，兵力分散，进展就慢。我们要集中兵力，对准目标。在上次座谈会上，关于加速器，杨先生提出在个别部件上进行研究的意见，我们理解杨先生的意思是要搞基础技术。但是我看只掌握一个个部件的技术还不行，一个个部件的技术掌握了，还是不会造加速器。当然我们并没有一下子就造大加速器的想法，但是我们需要有一个比较长远的规划，不但是在个别部件上，而且是在整体上。很想再听一下杨先生在这方面进一步的意见。

杨振宁：通过最近在北京大学和物理所的参观和座谈，我加深了这样一个看法，现在不是在中国搞大加速器的时候。问题在于两点：第一，需要相当大的人力和财力；第二，花了这么大的人力和财力能给中国带来多少好处？拿日本100亿电子伏加速器作为例子，要花上1亿美元，如果中国政府能够拿出1亿美元，是否值得做呢？我们的机器做成的时候，同类机器在其他国家就要拆掉了。也许用少得多的钱和人力，就可以研制出强流、低能范德格拉夫机器。这种技术也许对高能物理没有用处，但是对低能核物理以及对中国技术的发展有好处。当然，没有高能加速器，中国高能物理发展吃了点亏，但是，一切国家的发展都有层次的问题，目前中国人才缺乏，物资也缺乏，这是应当考虑的一个情况。在承认有可能出现偏差情况的前提下发展理论高能物理，不用花多大力量，就可以造就培养出很多的人才。如果一开始就注意不使知识面偏窄，注意培养从尖端的基本的理论问题一直到实际应用问题都感兴趣的人才，我们就可以把这个偏差限制到极小。今天我去参观物理所的激光实验室，我感觉到，如果有一些在基本理论训练上有素养的人去和他们讨论，也许会更有成效。

最近，我把我的想法总结为三点：第一，大量造就高能理论物理人才，即使只有理论，缺乏实验的实践，不可避免地出现一些偏差，但也希望由此影响整个物理面上的发展，起引导的作用。第二，小规模技术方面的发展，尽量了解国际水平，这样虽然有差距，但可以保持这个差距不增大。应当注意的是，像范德格拉夫静电加速器，这种在工业上和医学上都有用的精密机器的制造技术，是中国工业化所必须掌握的，我认为应当在这方面花点力气。第三，假如有可能，派一些在探测器方面熟悉的人到西欧中心去工作。如果张先生和在座的各位需要我去进行接洽，我很乐意和西欧中心做私人的接触。我不敢说一定成功，但我敢说可能性是很大的。拿几千万美元的投资来发展高能加速器，从中国工业发展来看，我很难投赞成票。

徐绍旺：我们就一直保持这个差距？

杨振宁：我不是说永远保持这个距离。中国去年的钢产量是2100万吨，可以等这个数字增加三倍以后再来讨论。这个数字是美国和苏联的六分之一，但美国和苏联的人口是中国的三分之一。中国有很多别的事情要做，中国应当对人类有较大的贡献，但我不觉得应当是在高能加速器方面。

汪容：我理解他的意思是近期内小规模发展技术，也要有优先造哪种加速器的设想，方才不致分散力量，不是说5年内就造大加速器。

徐绍旺：我是想讨论5年、10年，甚至15年内，应当怎么走的问题，我认为15年内一直保持这个差距是不合适的。

杨振宁：加速器原理是要加以注意的，这是重要的，是要考虑的。你的意思是否有些担心只会设计不会制造？

徐绍旺：我讲得具体一些，如果我们设想15年以后造100亿电子伏的电子对撞机，或者设想造几十亿电子伏的质子对撞机，两种目标不同，当前的步子就不一样了。

杨振宁：你是说10年后是发展电子的还是发展质子的这个具体问题？

汪容：我想这是问题之一，当然还有是圆的还是直的，是“对头碰”还是不是“对头碰”，是超导还是不是超导等问题。

杨振宁： 15年之后采取超导还是非超导的问题，这很难讨论。技术在发展，你们是15年后设计这个加速器还是15年后完成加速器？我个人觉得，对于新技术新观念的了解很重要，很迫切，但是不好过早地对整体做具体的规划。如果这只是三个人的事情，那好办；如果是一个研究所来做计划，过些年讨论也不迟。我觉得你们的讨论是否有些操之过急。高能量的对撞机在不同的能量范围内，比如说50亿电子伏和2000亿电子伏，情况完全不一样。几年前的想法和现在的想法完全不一样。美国巴塔维亚2000亿电子伏加速器和西欧中心高能对撞机的结果将要出来，也许有很多物理图像要改变。

徐绍旺：杨先生刚才讲要发展范德格拉夫低能静电加速器，我看发展高能加速器不一定要走过这个桥。因为现在的高能加速器注入器不再采用范德格拉夫，例如西德就采用超导的helix（螺旋线结构），我们与其发展范德格拉夫，不如发展新型的helix。

杨振宁：问题在于目的，如果要做π介子物理实验，这当然没有用，我想的是在医学上特别是在工业上的应用。

严太玄：不形成一个器，只做部件，要缩短技术上的差距是有局限性的。目前国内人力和资源都有限，也许造一个小一点的加速器，比如说电子加速器更为合适一点，这样既研究了加速器，也培养了队伍，也可以做一定的物理实验。

杨振宁：多小？

汪容：譬如说10亿到30亿电子伏。

杨振宁：当然造了这个机器可以得到电子加速器的经验，可以训练出人才，但我怀疑是否可以做出令人满意的工作，因为四五年后，这类工作就做完了。对研究工作价值的估计和对工业产品的估计是不同的，如果你做的工作人家已经做过了，只是精密度上的提高，那人家不认为这是有价值的。如果目的是使中国科学对人类有重要的贡献，10亿到30亿电子伏的对碰机没有可能。如果作为一步，以后造更大的，是有意义的，但是否有更好的其他的路子？另外，还有心理上的问题，当这个机器造出来的时候，在其他国家，同类型的机器就要关闭，那么在这个机器上工作的人，心理上老是处在吃亏的状态，我不知道在中国心理学上用的名词是什么。我说的就是这个意思。你们也许可以听得出来，我对这方面是不太热心的。

严太玄：你讲的另外的办法是什么？

杨振宁：中国对于偏重于应用的人才的需要多得不得了，就是不做高能物理也不见得有太大的损失。高能理论物理方面的人才很重要，但是从开头就要注意，需要训练在各方面能做具体工作的人才，不要训练只在很窄方面工作的人才。日本就是一个很好的例子，现在日本工业高度发达，但日本还没有解决高能物理实验基地的问题。

严太玄：从日本的角度看，也许通过100亿电子伏加速器的建造，建立了队伍，培养了人才。

杨振宁：日本社会也许已经达到了有这个需要的地步，这个结论难下些。但是对于中国来说，这个结论是清楚的，中国其他方面的需要实在太大。

冯运昌：我们造一个比日本的束流更强的加速器有没有意义？比如说大百倍、千倍。

杨振宁：这比较困难，因为有空间电荷效应。

何祚庥：做超导直线加速器比日本的流强高1000倍还是可能的，当然我们不是马上做，而是作为一个目标。我们不能搞和美国一样大的，要搞就搞新的，要着眼10年之后的事情。我们的技术落后10年到20年，为此，我们要有技术储备，要有奋斗的目标：电子的还是质子的？什么类型？是超高能还是强流？如果直线超导加速器能够实现，加速器就可以从脉冲工作状态改为连续工作状态，这样流强就可以提高1000倍。问题是要有奋斗的目标。从长远来看，高能物理是要发展的，我们同意杨先生几次座谈会上的意见，高能物理对于物理和工业的发展有一定的作用。对我们来说，不但要有近期的措施，还要有较长期的设想，也就是说，要有较长期的战略目标，当前的工作要服从长远的战略目标。比如说，可能有这样的看法：10年不考虑高能加速器的问题，20年后再说。这是一种。或者有另外一种看法：10年以后要发展，现在就要做些准备工作。除去在理论上培养人才之外，还要做什么准备？在加速器、实验物理等方面都要做些准备。我们国内要有实验基地……

张文裕：我们在联合所有10年不愉快的经验。

何祚庥：我们提供联合所四分之一的经费，但是国内的基地没有建立起来。

杨振宁：多少钱？

张文裕：每年平均约合人民币1500万元。

杨振宁：现在讨论的是1亿美元以上的数目。

高启荣：现在我们搞预先研究，要不要和长期目标相结合？

何祚庥：我们说的是长期目标。只有宇宙线实验设备的话，实验的处境就很困难，很难和对撞机相比。杨先生建议过做探测器方面的研究工作，探测器是为实验做的，比如造出一个气泡室，没有加速器，有什么用处？问题是如何从现状出发向前迈进。

杨振宁：是有这个问题。不过我想问，如果没有1亿美元的加速器，对中国有什么坏处？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？

徐建铭：问题是要建立实验基地。当然研究高能加速器并不需要1亿美元。

杨振宁：是的，假如只是设计而不制造，这是另外一个问题。如果你的设计是为了建造的话，就必须回答我的问题。日本目前实验高能物理很落后，但除此之外，各方面都有很大的进展。中国如果拿这些钱来搞生物化学，贡献可能更大。

王世伟：搞高能是否应该现在就着手准备？

杨振宁：在高能物理中如果不需要很多投资和设备的话，当然要搞。特别是在理论方面，中国物理人才不够，要大大培养。但造1亿美元的加速器是另外一回事。

王世伟：探测器的发展到底应当走什么道路？现在加速器和探测器的规模都很大，我们不能一下子就搞得很大，这要有一个过程。从日本探测器发展看，他们是有技术积累的。探测器和加速器是互相配合的，因此，需要有个总的长远目标。

杨振宁：我不完全同意你的看法。搞探测器不一定要与大加速器有关。我不知道中国是否有人有做线火花室的经验。这种探测器与加速器没什么关系，但也培养了人。

毛慧顺：有些探测器需要在加速器上使用才能改进。

杨振宁：是这样。如果可能就造加速器，但问题是社会需要的大前提在哪里。中国的条件不允许。2亿人民币是个大数目，也许我对中国的工业不太了解。除非你研究过，2亿人民币用于制造计算机、生物化学研究有什么好处，而造加速器比前两者的好处来得大，那我才同意。

王世伟：造加速器的周期很长，现在不搞总要吃亏。2亿人民币不是一年投进去。

杨振宁：当然2亿人民币不是一年就投进去。但用美国话来说，“你买来了什么？”我不是说不造加速器不吃亏，问题是值得不值得。2亿人民币用于工业可以做很多事情。

冯运昌：我还是想问，如果流强大100倍、1000倍能做什么有意义的工作？

杨振宁：我想很困难。最先进入一个领域的人总是把最重要的工作先做了，后去的人很难做重要的工作。

冯运昌：我们花钱要十分小心谨慎，但值得花的钱还是要花。

杨振宁：我不知道把流加强到1万倍有什么重要结果。做什么样的实验会值2亿人民币。而研究小的加速器所花的人力物力有限。

杜东生：是否可以说10年20年以后再讨论造大加速器也不迟？

杨振宁：不一定是20年，10年以后讨论也不迟。

李炳安：我们强调的是10年以后造加速器，而10年内对技术储备要做些什么？

汪容：如果肯定能说10年20年内高能不会有什么突破，我们可以等10年20年再考虑。否则，我们就有犯错误的危险了。

杨振宁：我看不出10年后要造电子加速器为什么现在就要培养造电子加速器的人才。目前中国需要大量的科学技术人才。只要培养出好的人才，将来要造质子的就造质子的，要造电子的就造电子的。

徐绍旺：没有实践怎么培养法？

杨振宁：不一定要造大加速器才能培养。也可以在物理所搞激光、搞超导，等等。

徐绍旺：这样培养的人搞加速器能行吗？

杨振宁：如果训练得好一定能行。

徐绍旺：我们可以回顾一下世界上几个大加速器的建造，都是从小到大，从少数人发展到很多人的加速器队伍，周期都在十几年。日本开始搞一个12亿电子伏的电子加速器，没有考虑到以后搞质子，质子加速器的研究现在才开始，步子就跨不上去，原来许多问题没有预料到。所以训练目标很重要，培养人才既要面广又要有专长。西欧中心50年代初就开始研究强聚焦，到建成也是10年，搞对撞机从提出加速器的思想到建成也是十几年的时间，所以不是一下子把人集中起来就能造的。

杨振宁：我们讨论具体一点，比如，北京大学物理系一年只招200个学生，你准备培养多少人将来造加速器？

张文裕：这只是过渡时期的数字，将来会很大地上升。

杜东生：现在有两条路子：第一条是10年内不考虑造加速器，集中搞计算机、超导等；第二条是现在就着手考虑培养人才，造大加速器……杨先生认为哪一条路对中国更合适？

杨振宁：如果把第一条路补充一些，我是同意第一条路的。根据我对中国的肤浅了解，例如可以补充上研究加速器原理，进行小的实验和制造探测器，另外要大量培养物理人才等。

杜东生：这是否说第一条路比第二条路快些？

杨振宁：比第二条对中国的贡献大。

冼鼎昌：杨先生有没有这样的想法，如果物理学有突破，发生在高能物理领域的可能性比在其他领域中要大些？

杨振宁：如果你说的突破是指狭义相对论、广义相对论和量子力学这一类革命性的改变，我认为，在高能物理领域发生这样的改变的可能性更大。但中国是要在这方面做出贡献，还是要在医药、生物化学等方面做出贡献，这要讨论。

冼鼎昌：我来尝试回答杨先生的问题：为什么在中国要搞高能加速器。物理学的研究角度，从世界的极大到极小。大的方面大到无限大，研究宇宙的起源、宇宙的演变、黑洞、类星体等。小的方面深入到原子核、基本粒子和基本粒子的内部。要研究宏观宇宙，要有望远镜，而要了解微观世界，就要有加速器。要研究的微观范围越小，加速器的能量就要越高。日本做100亿电子伏加速器粗看起来似乎是失败的经验，但是作为为了制造更大的加速器而培养训练技术队伍的措施，也许是必由之路，相当于交付学费。也许这个学费付得大了些。我们的知识来源于实践，要进行科学的实践就要有实验的设备，要有基地。对于中国来说，吸收外国先进的经验和有用的东西是完全必要的，但是更重要的是自力更生，建立自己的实验基地。

杨振宁：但你还是没有回答：今天中国为什么要造大加速器？

冼鼎昌：当然我说的是比较长远的事。正如杨先生所说，在高能物理领域中，很有可能要出现革命性的改变，这就值得我们十分注意。我们习惯于把学科分成基础的和应用的，大致如此，不甚确切，因为有时候分界不是固定的，到了一定的时候，基础的就会变成应用的。在物理所的座谈会上杨先生说过，高能物理的研究好比在沙堆上洒沙子，不但顶端提高，基底也扩大。杨先生指出了基础和尖端的关系。我们还要看到基础和应用的关系：应用对基础研究提出要求，而基础研究的结果给应用提供新的和更广泛的可能。没有强大的基础，应用也是很局限的。从上面讲的种种原因，我不知道是否回答了杨先生的问题。当然，这要从国家的人力、物力总开支上来考虑。当然这不是马上的问题，我们还不能一步就跨那么大。这也许是10年或者15年以后才能实现的问题，但是从现在起就要考虑步子分几步跨，每步跨多大。

杨振宁：完全同意10年之后再讨论。

杜远才：美国布鲁克海文实验室造加速器，10年之前就做好了准备。我们现在也就要考虑造加速器的问题。

杨振宁：我不了解为什么10年之后要造加速器10年之前就要考虑造什么样的。尤其是10年后加速器技术会有新的重大发展（如超导）。第二是高能物理本身要发展，5年内现在的2000亿电子伏加速器及西欧中心的高能对撞机都要出很重要的结果。所以今天讨论10年后建什么加速器不切实际。

杜远才：目前国内无大加速器，通过宇宙线研究培养干部是否可取？

杨振宁：宇宙线的工作，由于对撞机的出现，重要性降低了。但用宇宙线工作训练人才，规模也不大，是可以做的。

杜远才：有没有什么工作加速器不好做，而宇宙线是好做的？

杨振宁：我不知道哪些实验用宇宙线比用加速器好。能量10 12 —10 20 ev（ev：电子伏）只能用宇宙线（加速器能量比这个低）。不过这种实验相当贵，我怀疑是否值得。

还有许多实验与天文物理有关，如X射线源、伽马射线源的问题，用类似于宇宙射线实验方法研究，最近有很大发展。

我有个感觉，在座的有许多位赞成中国造大加速器，这是我没有预料到的。对我来说，这个问题是很明显的，造贵的加速器与目前中国的需要不符合。我的想法也许是错的。但据我观察，我相信，我的想法是对的。

吴济民：如果10年后造加速器，而现在不做准备，有些技术就跟不上，例如超导。

杨振宁：超导一定要搞不是因为要造加速器。中国必须搞超导。中国目前人才缺乏。你现在把方向对准了，培养出来的人知识面就会太窄，任何一个国家也不是这样做的。如果有了人才，10年后要做什么就可以做什么。美国的超导专家费尔班克，10年前也没想到今天他会做超导加速器，但他现在做得很好。

徐绍旺：超导在其他方面用的都是很小型的，如果不靠加速器来带动，大型超导技术是发展不起来的。所以加速器发展又反过来会推动其他方面的发展。

杨振宁：用一个大计划推动其他技术发展这个道理讲得通。但是讲来讲去，要在中国造一个2亿元的加速器对中国有什么作用？

杜东生：如果按刚才讨论的第一条路，10年内不造大加速器，当前应当怎么走？

杨振宁：这个问题面很广，不是我能很好贡献意见的，也不是半天能讨论清楚的，我们把问题的面弄窄点，只讨论物理方面。

在物理方面，中国急需大量物理人才。由于“文化大革命”，教育中断了，空缺要弥补，各方面的人才都要培养。普遍现象是业务隔离，各人只管一小方面，彼此不发生兴趣，而科学发展要求彼此发生兴趣。要多开学术讨论会，多鼓励青年人参加学术讨论会，这是必要的。目前的教育制度是否与要求培养更多的科学人才有矛盾，我对中国的情况不太了解。经过“文化大革命”，教育有新的哲学，怎样在这个哲学中把这些矛盾都解决。讨论这个问题比讨论10年后造大加速器重要得多！

王世伟：加速器上自动扫描、自动测量、自动数据处理的进展如何？

杨振宁：火花室能把信息直接送入计算机，自动算出结果。这是计算机工业发展到一定程度之后的一个相当自然的进步。这方面发展很多，我没做过高能实验，详细的方法我不清楚。线火花室有很多实验，火花的数目很多，要有很多记忆，困难不是加速器流强不够，而是计算机记忆存储数目不够。

毛慧顺：有些电磁相互作用的实验，例如反常磁矩、精细结构常数等的测量不需要高能加速器，是不是值得发展？

杨振宁：你指的是用约瑟夫逊（Josephson）效应做的实验？我认为这类实验可以做。还有韦伯（Weber）关于重力波的实验极为重要，比起做加速器人力物力都用得少些。我同意做。

毛慧顺：还有地下找中间玻色子的实验怎么样？

杨振宁：这类实验的规模都太大。测精细结构常数这类实验规模不大可以做。

毛慧顺：这些精细测量的实验物理意义如何？

杨振宁：兰姆（Lamb）对氢原子S、P能级间距做了精确测量，这在物理上有重要意义。麦克斯韦（Maxwell）在当开文迪许实验室主任时说：“精确测量只不过把物理常数多加几个小数点以后的有效数字”，这种说法是错的。凡是把大家的兴趣向广的方向引的实验我都赞成！

王祝翔：请杨先生谈谈对韦伯实验前景的看法。

杨振宁：很多人怀疑他的实验，他始终不肯把实验记录本给人看。中间有过错误。其一是天线与银河系夹角问题，有人指出他的周期差二倍，他不知怎么就改过来了；其二是能量发射太大。现在不少人正在从实验上企图证实或否定韦伯的实验。6月在美国剑桥开了这方面的会。

王世伟：现在加速器最大能量为10 12 ev，在宇宙线内有10 12 —10 21 ev能量的粒子，能否希望宇宙线得到重要的物理结果？

杨振宁：我不能给一个普遍的讨论，要看具体问题。宇宙线高能质点很少，实验规模很大。宇宙线实验中正确的东西与不正确的东西常混在一起，难以分辨。高能物理的主要观念是从加速器来的。这不是不要宇宙线，但宇宙线要花相当大的力量做。

张文裕：杨先生5点钟还有约会，以后再找机会谈。今天同志们提了很多重要问题和杨先生讨论，杨先生做了回答，值得我们参考。

有两点我很同意：一是目前的研究方向应当是考虑花钱不多、设备不复杂而有意义的工作。二是培干问题，杨先生多次提到了，要培养广阔的科学兴趣，加强学术交流。在物理研究领域中各种工作是相互联系的，不是互相孤立的，科学与科学之间也是有互相联系的。杨先生的建议值得我们参考。感谢杨先生有益的讨论。