粒子物理的標準模型對構成微觀(guān)世界的夸克和輕子及其相互作用給出了精確的定量描敘。它的預言為數以百計的實(shí)驗所證實(shí)。然而，標準模型不能正確的解釋在加速器上進(jìn)行的一些實(shí)驗和對宇宙進(jìn)行的若干觀(guān)測結果。暗物質(zhì)、暗能量和中微子質(zhì)量都要求超越現有認識的新物理。粒子物理學(xué)正處在重大發(fā)現的門(mén)檻，21世紀粒子物理學(xué)的任務(wù)就是探索這些問(wèn)題的答案。歐洲核子研究中心（CERN）正在建造的大型強子對撞機（Large Hadron Collider，簡(jiǎn)稱(chēng)LHC）就是從事上述前沿研究的關(guān)鍵設備。但由于環(huán)形電子對撞機向更高能區發(fā)展時(shí)遇到同步輻射能量損失隨束流能量的四次方增長(cháng)的困難，因此，國際高能物理界達成共識：在LHC之后,采用大型直線(xiàn)對撞機（Linear Collider，簡(jiǎn)稱(chēng)LC）作為新一代的高能物理對撞機。

大型加速器的建設從關(guān)鍵技術(shù)的研究，到方案的設計和建設調試，周期往往長(cháng)達三十年以上，所以十多年前國際高能物理界就開(kāi)始研究下一代的高能加速器-大型正負電子直線(xiàn)對撞機的關(guān)鍵技術(shù)，其核心就是加速技術(shù)。

擬議的直線(xiàn)對撞機是一臺超高能量的正負電子對撞機，它由兩臺大型超導直線(xiàn)加速器組成，分別將正負電子加速到2500億電子伏特的能量，質(zhì)心系能量達到5000億電子伏特，以后還可以提高到10000億電子伏特。它將建造在總長(cháng)約40公里的地下隧道里，預計最快也要等到2016年前后才能建成，造價(jià)高達數十億美元。正因為直線(xiàn)對撞機造價(jià)高昂，全世界只可能建造一臺。國際高能物理界對此早已達成了共識。

國際上從事LC關(guān)鍵技術(shù)研制有四個(gè)研究所：德國DESY的Tesla TTF、美國SLAC的NLC以及日本KEK的GLC，CERN的CILC。他們采用了各自不同的技術(shù)（常溫或超導）、不同的加速結構�；�本成熟的技術(shù)方案可歸為兩種：德國DESY 的L波段超導加速結構(2K)，稱(chēng)為"冷"技術(shù)（cool）；美國SLAC和日本高能物理研究機構（KEK）聯(lián)合研制的X波段常溫加速結構,稱(chēng)為"暖"技術(shù)（warm）。十多年來(lái)，這三個(gè)實(shí)驗室都分別投入了數以千萬(wàn)美元的研究經(jīng)費，建立了大型的試驗裝置。"暖"X-波段技術(shù)和"冷"超導技術(shù)，兩種方案各有所長(cháng)，并且都匯集了科學(xué)家和工程師們多年的研發(fā)努力，具有廣泛的應用價(jià)值。但同時(shí)研發(fā)兩種技術(shù)方案的代價(jià)昂貴而且費時(shí)，大家逐漸認識到只有國際合作才是建造LC的唯一途徑，有關(guān)各國必須就關(guān)鍵技術(shù)方案達成一致，其預研、設計、建設、運行和科學(xué)研究必然廣泛采取大規模國際合作的方式。

左上圖為DESY-TESLA 示意圖，中圖為超導高頻腔，右上圖為其試驗裝置（TTF）

左上圖為SLAC-NLC的示意圖，中圖為其試驗裝，右上圖為加速裝置示意圖。

左上圖為KEK-GLC，右上圖為試驗裝置（ATF）

上圖為CERN-CLIC

1976年，國際純粹和應用物理協(xié)會(huì )建立了國際未來(lái)加速器委員會(huì )（International Committee for Future Accelerators，簡(jiǎn)稱(chēng)ICFA）。在2001年前，關(guān)于LC的討論一直由ICFA主導。其作用和目的是推動(dòng)國際上高能加速器的建造和運行，組織定期會(huì )議和各類(lèi)研討會(huì )，交流各區域設施的發(fā)展計劃，研討相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。1995年以來(lái)，ICFA在推動(dòng)直線(xiàn)對撞機研制方面做了突出的工作。

被稱(chēng)為“富國俱樂(lè )部”的經(jīng)濟合作與發(fā)展組織（Organisation for Economic Co-operation and Development，簡(jiǎn)稱(chēng)OECD）下屬的專(zhuān)門(mén)討論大科學(xué)裝置的全球科學(xué)論壇（Global Science Forum，簡(jiǎn)稱(chēng)GSF）從2000年起也開(kāi)始討論LC。當時(shí)擔任ICFA主席的日本曾反對GSF的介入，但后來(lái)，ICFA感到OECD/GSF由各國科技部長(cháng)參加的討論有利于在各國進(jìn)行政府層面的協(xié)調，兩者在LC的問(wèn)題上慢慢接近，并決定定期召開(kāi)聯(lián)合會(huì )議。中國于2002年正式成為OECD/GSF 的觀(guān)察員。

ICFA于2002年成立了國際直線(xiàn)對撞機指導委員會(huì )（International Linear Collider Steering Group，簡(jiǎn)稱(chēng)ILCSC），下設國際加速器技術(shù)評審委員會(huì )（International Technology Recommendation Panel，簡(jiǎn)稱(chēng)ITRP），也就是所謂的“聰明人委員會(huì )”，分歐洲、北美、亞洲三個(gè)區域，每個(gè)區域推薦4人。日本和韓國瓜分了亞洲的4個(gè)人選。主席由研究引力波的Barry C. Barish教授（右圖）擔任，左圖為計劃中今后數年內主導直線(xiàn)對撞機的組織構架。 2003年，國際未來(lái)加速器委員會(huì )委托ITRP對直線(xiàn)對撞機的兩種技術(shù)方案進(jìn)行評估。有關(guān)各方均表示，不論ITRP選定何種技術(shù)方案，都將無(wú)條件接受。

2004年初，ITRP成員分別訪(fǎng)問(wèn)了DESY、SLAC、KEK，原計劃在2004年底向ILCSC推薦直線(xiàn)對撞機采用的技術(shù)方案。實(shí)際的進(jìn)度超過(guò)了計劃，2004年8月11-13日，ITRP在韓國浦項召開(kāi)會(huì )議（左圖），對兩種技術(shù)方案進(jìn)行了評估并做出了重要的決定。會(huì )上還決定成立全球設計組織（Global Design Organization，簡(jiǎn)稱(chēng)GDO），GDO將在2005年討論經(jīng)費的分擔等問(wèn)題。計劃直線(xiàn)對撞機于2005年建立設計隊伍進(jìn)行概念設計，2007年開(kāi)始技術(shù)設計。如果一切進(jìn)展順利，2008年選定建造地，2009年正式破土動(dòng)工。

8月19日，ITRP在北京召開(kāi)的特別會(huì )議上向國際未來(lái)加速器委員會(huì )作了推薦：將DESY的低溫超導技術(shù)作為下一代大型直線(xiàn)對撞機的技術(shù)方案，獲得了ICFA的批準。[Final International Technology Recommendation Panel Report(pdf)]

8月20日，在北京召開(kāi)的第32屆國際高能物理大會(huì )上，國際未來(lái)加速器委員會(huì )主席、美國斯坦福直線(xiàn)加速器中心（SLAC）所長(cháng)多爾芬（Jonathan Dorfan）教授（右圖）正式宣布了國際未來(lái)加速器委員會(huì )19日特別會(huì )議上的決定：下一代大型直線(xiàn)對撞機的技術(shù)方案已經(jīng)確定為低溫超導，即采用工作在絕對溫度2K（攝氏溫度零下271度）下的超導加速結構，而不是工作在常溫下X波段加速結構。CERN的CLIC技術(shù)雖然預期性?xún)r(jià)比較高，前景誘人，但技術(shù)它復雜，對束流的品質(zhì)要求高，目前最樂(lè )觀(guān)的估計也要到2009年才能完成技術(shù)研究�？梢粤袨楦�遠期的發(fā)展方向。在隨后舉行的中外記者招待會(huì )（下圖）上向媒體發(fā)布了此條新聞。這一重大決定為國際高能物理界聯(lián)合進(jìn)行下一代大型直線(xiàn)對撞機的設計和R&D、確定造價(jià)，進(jìn)而選擇建造地（host country）奠定了基礎。

決定宣布之后，有關(guān)各方遵守諾言，平靜地接受了這個(gè)結果，畢竟下一代直線(xiàn)對撞機確定了發(fā)展方向，有關(guān)的研究所也看到了未來(lái)發(fā)展的希望，這是國際高能物理界的共同利益之所在。有關(guān)各國都將據此調整戰略，其中SLAC和KEK受到很大的沖擊，這意味著(zhù)它們十多年來(lái)的心血、每年數以千萬(wàn)美元的投入、已經(jīng)建成的大規模的實(shí)驗裝置都將放棄。兩位所領(lǐng)導將要面對困難的思想工作，均感到了巨大的壓力。

這項決定對中國高能物理研究未來(lái)的發(fā)展也同樣具有十分的重要影響。LC是二十一世紀國際高能物理在LHC后高能量前沿研究的最關(guān)鍵設備。中國高能物理界必須積極參加LC及其探測器的設計、建設、運行和物理研究的國際合作。同時(shí)引進(jìn)LC所采用的一些先進(jìn)技術(shù)，對中國先進(jìn)加速器的發(fā)展具有重大的意義。中國必須以適當的方式參與它的國際合作并在其中占有自己的位置。由于LC的發(fā)展高潮正好在完成北京正負電子對撞機重大改造工程（BEPCII）后北京譜儀（BESIII）取數的后期（約2012年左右），時(shí)機對我們十分有利。屆時(shí)，國內對大科學(xué)的國際合作會(huì )日漸重視，投入可望有較大增加。目前，我們應將此作為中國發(fā)展高能物理的新機遇，在中長(cháng)期發(fā)展規劃中對LC的國際合作做出相應安排，制定參加LC國際合作的策略和計劃，認真部署，積極建立合作渠道，選擇重點(diǎn)，發(fā)展有自己特色的技術(shù)。有了扎實(shí)的基礎，有了實(shí)力，才能在國際合作中有發(fā)言權，才能談與誰(shuí)合作、如何合作等問(wèn)題，才能在LC的國際合作中占有一席之地。同時(shí)，硬X射線(xiàn)自由電子激光的加速器部分的關(guān)鍵技術(shù)都來(lái)自大型直線(xiàn)對撞機的研究，參加大型直線(xiàn)對撞機的國際合作也將為中國未來(lái)發(fā)展硬X射線(xiàn)自由電子激光裝置奠定基礎。

高能所科研處制作 資料來(lái)自IHEP、ICHEP04、DESY、SLAC、KEK等網(wǎng)站