以基础研究和大科学设施助推新质生产力发展

王贻芳

中国科学院高能物理研究所，北京100049

  王贻芳，实验高能物理学家，中国科学院院士，美国国家科学院外籍院士，俄罗斯科学院外籍院士，发展中国家科学院院士。现任中国科学院高能物理研究所所长，中国科学院大学核科学与技术学院院长等。研究方向为高能物理实验。

  基础研究是一切科技活动的基础，也是经济和技术发展的根基。没有基础科学的成果，就没有当今高度发达、富裕、强盛的现代生活。基础科学的重大突破，如牛顿力学、电磁学、热力学、相对论、量子力学等，奠定了工业革命、能源革命和信息革命的基础，我们耳熟能详的现代机械、航空航天、电力电子、半导体与通信等现代工业体系均奠基在基础科学的知识与规律之上，是能够做到“知其然并知其所以然”“举一反三”的缘由。面对未来，为实现“从0到1”的创新与跨越，建设创新型的科技强国，应该且必须全面掌握人类已有的知识体系，并积极参与新知识和新规律的“生产”，为人类文明做出与中华民族的灿烂历史与人口规模相匹配的成就与贡献。

  基础研究的成果是全人类共享的，但这并不意味着我们可以坐享其成。一方面，这是“不道德”的；另一方面，也会阻碍自身创新能力的建设与培养。基础研究追求第一，没有第二，其文化氛围和实践训练是培养高素质创新人才的极佳方式，也是国家人才培养体系不可或缺的一环。基础研究的成果不可能仅从书本上学习得来，必须通过研究实践来理解、发展并掌握方法而取得。发达国家重视并大力支持基础研究，为社会源源不断地输送人才，是其创新环境建设的成功秘诀之一。

  基础科学研究也会对“从1到100”的应用型研究做出重要贡献。一方面，基础研究会直接解决或帮助解决应用研究中的一些具体问题；另一方面，也会对相关技术提出需求，从而驱动技术的发展。基础科学追求研究水平和成果第一，自然会导致追求研究手段第一，并相应地驱动设备、技术的发展，成为带动和引领者。例如，欧洲核子中心（CERN）为了解决高能物理实验中信息交换的需求问题，发明了万维网（WWW），引爆了互联网经济，引领了新一代信息革命。美国费米国家实验室为了实现高能加速器的需求，解决了低温超导磁体的大规模生产技术和工艺问题，为各种核磁共振设备（包括医院用MRI和实验室用NMR）的发展与推广奠定了基础。

  基础研究可以大量培养高素质人才，在满足建设科技强国要求的同时，也提高了全民族的科学素养，这是建设高度文明的现代社会的要求，也是社会发展程度的标志。积极开展基础科学研究，获得重大成果，是中华民族屹立于世界之林，成为全球领先国家的现实需要。基础科学的成就是人类文明的顶峰之一，我们应该奋力攀登。困难再多，挫折再大，也不能放弃。  

  在基础科学的研究中，先进的仪器设备起着越来越重要的作用。事实上，为了拓展人类的感知能力，这些设备的规模越来越大，不断突破原有的能力与边界，从遥远的空间和宇宙，到微小的物质结构和基本粒子。从发展趋势来看，这类大型自研设备一定会突破实验室规模，由全领域共享。这就是大科学装置，有时也称为重大科技基础设施。它们是未来科学研究的发展方向，也是关键手段和必备基础。

  大科学装置具有鲜明的科学、技术和工程三重属性，其设计、研制及建造涉及大量的复杂技术和工艺，具有综合性、复杂性、先进性，有时具有唯一性。其知识创新和科学成果产出丰硕，技术溢出、人才集聚效应非常显著，因此往往成为国家创新高地的核心要素。同时，不同于一般的科研仪器中心或者平台，大科学装置需要自行设计研制专用的设备，体量大、投资大、能力强、技术复杂先进、生命周期长，是“国之重器”“科技利器”，需要国家统筹规划、统一布局、统一建设、统筹运行与开放。重大科技基础设施也代表着国家的形象，是国家科技实力、经济实力，乃至软实力的重要标志。

  大科学装置可以产出原创性、引领性前沿科学成果，为基础研究和应用研究提供重要平台，推动粒子物理、凝聚态物理、天文、空间科学、材料与纳米科学、生命科学等领域的研究进入国际先进行列。据统计，近年来诺贝尔物理学奖1/4以上与大科学装置有关，引力波、中微子、希格斯粒子等重大突破均依赖大科学装置。在国内，大亚湾中微子实验、高海拔宇宙线观测站、“中国天眼”等装置取得了有重大国际影响的突出成果，使中国在相关领域实现了国际领先。

  大科学装置可以解决国家重大战略科技问题，推动高技术发展，解决关键核心技术问题。如同步辐射光源对蛋白质结构、纳米、材料、地质、环境等方面的研究起到关键支撑作用。中国散裂中子源对发动机叶片、高铁轮毂等大型部件开展内部结构和应力探测，在材料设计、制备和加工工艺的确定上发挥了独特作用。在重大产业的产品研发上，同步辐射和散裂中子源对电池、芯片、金属材料缺陷等研究发挥了不可替代的关键作用。

  大科学装置牵涉技术门类多且复杂。其研发过程会产出重大成果，溢出效应明显。以加速器为例，其设计与建设覆盖精密机械、超高真空、高功率微波、常温和低温磁体、射频超导、低温、计算机与网络等二十几个工业门类。其国际领先的要求对企业的技术和创新能力是极大的推动。例如，江门中微子实验实现了核心部件——光电倍增管的国产化，大大推动了国内真空光电器件的发展。国产高功率微波功率源——速调管的研制成功对广播、雷达、通信等领域有极大的推动作用。中国科学院有关研究所在医用重离子治癌、质子治癌和硼中子俘获治癌方面，实现了重大突破，有些已实现了临床应用。

  大科学装置可以助推国家创新高地建设，对北京、上海、粤港澳大湾区等科技创新中心的建设起到巨大的推动作用，提升了其科技实力和创新能力，提升了所在区域的人才环境和形象水平，帮助吸引高端人才和企业，支撑和促进地方经济社会发展。例如，散裂中子源落户广东东莞，集聚和培养了一大批懂科学、懂技术、懂工程、懂管理的领军人才及大批青年学生，改善了当地的人才环境，促进了高端产业落户，对东莞及大湾区的产业转型升级和经济发展起到了积极作用。

  国家科学基础设施，即大科学装置，是国家新型基础设施的一部分，是其中科技含量最高的部分，自然对发展新质生产力、提高全社会科技创新能力具有重要意义。在大力发展大科学装置之外，还要积极推动创新成果落地，实现生产力水平的提高；另外，要建设和发展健康的创新体系与氛围，实现从基础研究到应用研究的全链条协同发展。事实上，我们现阶段的问题，如创新能力不强、研究成果不彰、“卡脖子”现象严重等，一定程度上与长期以来“急功近利”的思维及政策措施有关，与基础研究包括大科学装置的发展状况不够理想有关。面对未来，我们必须打好基础，以合适的比例，有计划、均衡地组织研究与发展工作，特别是要加强基础研究，短期内实现基础研究、应用研究和试验发展研究的经费比例达到10%、20%、70%，长期争取实现15%、25%、60%。其中，大科学装置相关的建设、运行和研究经费应该达到基础研究经费的10%。

  科技是国家强盛之基，创新是民族进步之魂。科学与技术要实现均衡发展，不能偏废任何方向与领域。科技要对国家经济建设、国防建设和人民健康提供支撑和保障，做出重大贡献；也要发展基础研究，占领世界科技制高点，摘取科学皇冠上的明珠，对人类文明做出重大贡献。建设世界科技强国，实现中华民族伟大复兴，是历史赋予我们的责任。

http://www.kjdb.org/CN/Y2024/V42/I12/1