2021年10月1日，杨振宁先生将迎来农历100周岁生日，学术界纷纷推出活动或文集祝贺杨先生百岁诞辰。《赛先生》自8月起陆续刊发系列重温杨振宁先生重要贡献的经典文章。9月22日起与《知识分子》联合推出 “百年风华杨振宁” 系列文章。邀请朱邦芬、潘建伟、施一公、饶毅等科学家及杨振宁先生学生为杨先生百岁诞辰送上祝福。
本期推送杨振宁先生学生韦杰特别撰文，回忆自己师从杨先生的经历，以及杨振宁对加速器物理研究领域的高瞻远瞩。
撰文 | 韦杰
杨振宁先生是物理学大师，也是我的老师。在此我想以自身的经历谈谈杨先生对加速器领域的高瞻远瞩，及对学生晚辈的启蒙和帮助。
1984年九月，我离开清华大学工程物理系理论物理组，来到杨先生所在的纽约州立大学石溪分校物理系(图一)攻读博士学位，准备主攻凝聚态理论物理。杨先生时任理论物理研究所主任，并在物理系任教。
第一年我修了杨先生开讲的量子力学PHY515课程。杨先生用的是L.I. Shiff的量子力学课本《Quantum Mechanics》，讲得深入浅出，很受研究生们欢迎。第一次留作业，留了两道对于我来说颇有难度的题目。我请教了高我一届的张首晟学长，也第一次感觉到做理论物理可能不是自己的强项。
一年后，我通过了物理系博士资格考试，开始在导师指导下开展凝聚态理论物理研究。努力一年后，感觉进展缓慢，困惑之中来到杨先生的办公室请教。杨先生指点：高能理论物理需要实验验证，而实验验证所需的高能态则依赖于粒子加速器。在现有的加速原理及技术手段下，建造超高能加速器耗费巨大，所以高能物理的前途在于新的加速器物理理论和方法。
杨先生列举了在他的教诲下从理论物理转行做加速器物理的成功范例，如领导超级超导对撞机(Super Superconducting Collider, SSC)物理设计的赵午学长、原创性拓展自由电子激光(Free Electron Laser, FEL)理论的余理华学长等，他们的名头在石溪物理系的研究生中如雷贯耳。
经杨先生两次点拨，我决定改变研究方向，主攻加速器物理。杨先生遂与加速器领域的先驱Ernest D. Courant先生联系，推荐我到距石溪30公里的布鲁克海文国家实验室(Brookhaven National Laboratory, BNL)师从E D. Courant，而杨先生则成为我在石溪的博士学位导师。
当时，布鲁克海文国家实验室正在进行相对论性重离子对撞机(Relativistic Heavy Ion Collider, RHIC)加速器工程的预研。一九八九年底，我以RHIC的研究课题在石溪完成论文答辩(图二)，论文题目是Longitudinal Dynamics of the Non-adiabatic Regime at Transition Crossing(临界能穿越的非绝热纵向动力学)[1]。答辩会后杨先生很高兴，并谦虚地说：“I learned something.”
回想在石溪的五年，杨先生引导我学习和体会如何实现自己的价值，做自己最为擅长的专业，在加速器领域发展。杨先生既是令人仰望的物理学大师，也是许多晚辈的良师益友，许多在石溪的同学都受益于杨先生的教诲(图3)。每次向先生请教，他都会仔细凝听，问出的问题总是很敏锐，并总能给出独到的见解，令人豁然开朗。
当然，杨先生超然的睿智及敏捷的思维也每每让我感到难以望先生项背。杨先生给的《Symmetry》讲座，至今同学们还津津乐道。每年春节前后，石溪的中国学生学者联谊会举行庆祝活动，杨先生都会应邀前来。杨先生在石溪数学楼六楼顶层的办公室，时常会浮现在我的记忆里，先生的教诲令我受益终身。
自1986年进入加速器领域后，我有机会参与了数个加速器领域前沿大型工程的预研、设计和建造。在攻读博士学位期间，我在加速器领域的传统课题临界能穿越(transition crossing)上练手，发现了RHIC作为世界上首台需要穿越临界能的由超导磁铁构成的同步加速器环，由于超导磁场需缓慢提升场强，纵向非线性效应在临界能附近会导致严重的束流能散及损失。在发现与此相关的重大工程设计缺陷后，提出了利用降低射频电压减小束流穿越能散及临界能跳跃等改进措施，且被采纳。我顺利获得了博士学位，并为工程建设作出了贡献。
毕业后的十年，我继续在RHIC工程(图四)做加速器物理研究、工程物理设计及建造[2]。当时提出的采用随机冷却机制(stochastic cooling)解决因束内散射(intrabeam scattering)导致的束流损失及发散问题的方案，约二十年后成功在RHIC装置上实施。
此后，我负责了布鲁克海文国家实验室参与欧洲核物理研究中心(European Organization for Nuclear Research，CERN)的大型强子对撞机(US part of Large Hadron Collider, US-LHC)的加速器物理工作，提出了对撞区域磁场误差的束流动力学校正原理及具体方案。
自1999至2005年，我参与了由六家美国能源部国家实验室合作，在橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory, ORNL)建造的散裂中子源工程(Spallation Neutron Source, SNS)(图五)，初期负责工程加速器物理、物理设计及预研，后来全面负责SNS储存环及输运系统的设计和建造，直至工程顺利完工[3]。
此间，由杨先生作为推荐人之一，我由助理研究员逐步成为布鲁克海文国家实验室的终身研究员， 并于2003年成为美国物理学会会士(American Physical Society Fellow)。
在过去七十年里，高能物理加速器的设计都基于1952年E.D. Courant等先辈发现的加速器强聚焦原理[4]。随着加速粒子能量的不断上升，高能物理加速器的建造越来越趋于周期冗长、建设团队庞大、建设费用高昂。
更先进的加速原理的研究至今迟迟无法成熟到能应用于具体工程中。鉴于这些原因，这些年杨先生更致力于支持中、低能量及应用型加速器的发展，包括服务于能源、生物、材料、医疗等领域的光源、中子源、离子治疗等加速器项目。
2005至2009年，在杨先生的直接支持、鼓励及香港方润华先生的帮助下，我来到中国科学院高能物理研究所参与中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source, CSNS)的设计和预研(图六)，并担任中国散裂中子源工程(筹)经理，负责工程的筹备工作[5]。
这项由中国科学院高能物理研究所负责的基于强流加速器的工程于2018年全面建成，目前已达到设计指标并开放运行，成为中国第一座脉冲散裂中子源，服务于众多前沿研究领域。
2009年，在杨先生的支持下，我应唐传祥系主任和顾秉林校长的邀请来到清华大学工程物理系任教，筹建基于质子束的紧凑型脉冲强子源(Compact Pulsed Hadron Source, CPHS)(图七)。这个项目所推动发展的技术不仅适用于低、中能质子加速及中子散射、成像平台，并可拓展至质子应用平台、离子治疗、核物理研究及应用平台和加速器驱动次临界装置(图八)等。
强子加速器项目与清华传统的基于电子加速器和光源及辐照技术形成技术互补，形成适合大学发展的加速器研发平台。当时，关遐令、龙振强等老师一同加盟清华，组建了一支质子加速器及中子技术队伍。有居住在清华的杨先生的热情鼓励，顾秉林校长的全力支持，及唐传祥、陈怀璧等系领导全方位配合，项目设计及预研发展很快，并在清华主校园迅速选址开建[6]。
2010年我离开清华后，王学武老师接手负责项目发展，很快该加速器项目建成出束并进入用户运行。近些年来，清华质子加速器团队又承担了基于质子同步加速器的空间辐照模拟设施的设计和建造任务，并于近期成功调试运行。
2010年，我应美国密西根州立大学邀请，到该校任职，并担任稀有同位素束流设施(Facility for Rare Isotope Beams, FRIB)加速器项目负责人，负责加速器的设计、预研、建造、调试及运行(图九)。
这项由美国能源部和密西根州立大学合作的加速器工程项目建设总投资约十亿美元，于2010年立项，2012年通过工程基准，2014年开工建设，目前工程进展顺利，将于2022年建设完工并开始用户运行。
这项世界上最大规模的重离子直线加速器采用2K液氦超导射频腔加速、液态金属膜电子剥离及旋转靶站和旋转废束站技术，将以最先进指标服务于核物理领域的研究和应用[7]。
自1986年由杨先生引荐到加速器领域，至今已三十五年。对我个人来说，加速器行业的回报是如此独特，以至于可以通过工程项目的执行将物理想法变为现实。在整个建设过程中，体验到在物理、技术、团队合作和建立友谊诸方面的无尽收获[8]。能够亲历从概念到实体的全过程，让我感到无胜荣幸，并乐此不疲。
很幸运在我事业起步迷茫之时有杨先生的及时指点，找到自己擅长并热爱的事业(图十)[9]。衷心感谢恩师杨先生三十多年来的教诲、指导和支持，衷心祝愿杨先生童心永驻、鹤发常新、健康长寿!
