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紀(jì)念文章

BEPC和BES,我們心中的驕傲

發(fā)表日期:2018-10-11高能所 薛生田來源:放大 縮小

  今年是北京正負(fù)電子對撞機(jī)(BEPC)和北京譜儀(BES)建成30周年。30年前的1988年北京正負(fù)電子對撞機(jī)建成并對撞成功和北京譜儀建成并獲取第一批J/ψ事例,標(biāo)志著北京正負(fù)電子對撞機(jī)(BEPC)工程取得了巨大成功。它成為我國當(dāng)年科技界的一個重大事件。實際上,自上世紀(jì)80年代初開始的對撞機(jī)和譜儀設(shè)計、建造還經(jīng)歷了8年多的時間。我是1981年從國外回來,立即就投入了北京譜儀的設(shè)計及其后的建造,直至2004年因病才戀戀不舍地離開了我為其工作了24年的北京譜儀。我離開了,但令我感到欣慰的是我的學(xué)生都成長起來了。他們成了北京譜儀的骨干,有的還成了學(xué)術(shù)帶頭人。

  在我為北京譜儀工作的24年間,北京譜儀除了在J/ψ物理、ψ′物理、D物理及Ds物理等方面取得大量的物理成果外,還有兩件我親身參加的重大物理成果。其一是τ輕子質(zhì)量的精確測量,其二是在BEPC所能達(dá)到的能量成功地進(jìn)行了R值掃描測量。這兩個測量的成功都成為BES及國際高能物理界當(dāng)年的重大物理成果。一舉確立了北京正負(fù)電子對撞機(jī)(BEPC)及北京譜儀(BES)在國際高能物理界的學(xué)術(shù)地位。

  先說說τ輕子質(zhì)量的精確測量。那是1991年底及1992年初的事。當(dāng)年BES合作組內(nèi)部對下一年做什么物理存在兩方面意見:一部分人主張先做D物理,另一部分人主張先做Ds物理,僵持不下。最后還是美方主張做D物理的領(lǐng)導(dǎo)松口說可以先做Ds物理,但條件是允許他的學(xué)生先在BES上做短時間的τ輕子質(zhì)量測量。于是BES合作組于1991年10月底正式?jīng)Q定開始做τ質(zhì)量測量。因在這之前關(guān)于τ輕子物理BES也做了一些準(zhǔn)備,如以e-μ事例來辨認(rèn)τ輕子的存在及用最大似然法預(yù)測下一個τ質(zhì)量測量的能量點的方案也已進(jìn)行了充分的論證。BES合作組隨即成立了τ質(zhì)量測量領(lǐng)導(dǎo)小組,我有幸成為其中一員。τ質(zhì)量測量從1991年11月1日正式開始。說來非常神奇,在10月下旬BEPC的調(diào)試非常不順利,束流非常不穩(wěn)定,可從11月開始BEPC運行就非常穩(wěn)定,為τ質(zhì)量測量成功奠定了非常好的基礎(chǔ)。在那些日子里BES上的人從早到晚個個都異常興奮。早起彼此見面第一句話就問又發(fā)現(xiàn)了e-μ事例沒有?很快到了1991年年底,我們在無比興奮中渡過了1992年元旦。眼看就是農(nóng)歷春節(jié)了,此時τ質(zhì)量測量取數(shù)階段已進(jìn)入尾聲。當(dāng)時興之所至我在BES值班室外的黑板上畫了一幅有關(guān)τ質(zhì)量測量的畫,并在春節(jié)來臨之際寫了一副對聯(lián):上聯(lián)是“辭辛未憑欄舉杯賞濁浪滔滔(τ+τ–)尤感歡欣快慰”;下聯(lián)是“迎壬申臨窗把盞盼驟雨滴滴(Ds+Ds–)更覺重任在身”。1991年是農(nóng)歷辛未年(羊年),人們都知道羊年比較苦,但辛未對歡欣快慰,滔滔寓意τ+τ–;1992年是農(nóng)歷壬申年(猴年),猴年比較輕松愉快,但壬申對重任在身,滴滴寓意Ds+Ds–。寫畢不禁有一種得意的成就感。當(dāng)年應(yīng)科學(xué)通訊雜志之約,我還寫了一篇關(guān)于τ質(zhì)量測量過程的報導(dǎo)文章。τ質(zhì)量測量始于1991年11月1日,結(jié)束于1992年1月20日,歷時整整81天,所以我寫了τ質(zhì)量測量取數(shù)歷時九九81天。接下來測量數(shù)據(jù)的分析很快有了初步結(jié)果,非常喜人。消息一出,逼得當(dāng)時德國和美國的各一個實驗組很快便拋出了他們用不同方法測量τ輕子質(zhì)量的初步結(jié)果,成了為BESτ質(zhì)量精確測量結(jié)果的紅花配上了兩個綠葉。加上隨后其它反應(yīng)道的分析,BES上τ輕子質(zhì)量的精確測量獲得了巨大成功,成為當(dāng)年國際高能物理界的重大事件。

  再談?wù)凴值測量:那是2000年前后的事。因為我參與了早期的R值測量的調(diào)研,后來在國外又專門請教了建議BES做R值測量的外國朋友,知道這是一件非常難的事,歷時長并且有些枯燥。BES在2–5GeV能區(qū)進(jìn)行R值掃描測量,首先要求對撞機(jī)(BEPC)在能量點不斷變化的情況下穩(wěn)定運行,這對對撞機(jī)的運行是一個非常高的要求。同時要求測量過程中譜儀(BES)的數(shù)據(jù)分析要跟得上。事情有點難,但我們還是做了,并且做得不錯。BES的測量結(jié)果一公布,國外的分析馬上給出了對電磁精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)α精度的影響,并同時預(yù)言希格斯(Higgs)粒子的質(zhì)量可能比以前預(yù)言的更高。在2000年底BES的春節(jié)總結(jié)聚會上,我為現(xiàn)場又題寫了一副對聯(lián):上聯(lián)是“千禧年測量近百點R值預(yù)言令希格斯遠(yuǎn)走”;下聯(lián)是“新世紀(jì)獲取幾千萬J/ψ有望將膠子球生擒”。因為當(dāng)年關(guān)于尋找膠子球的討論很火。大家見了說說笑笑,為聚會增添了不少喜慶的氣氛。在BES上工作,無論是值班取數(shù),還是做物理分析,都是一件很累的事。但如果你真的熱愛它,就會很快樂,即所謂的“累并快樂著”。自然就會有文藝氣氛產(chǎn)生,筆下自然會寫出點東西來,算是自娛自樂吧!

  離開譜儀十多年了,可心里還是老想著BEPC和BES,想著在BES工作的那些日子里的人和事。這一輩子遇到不少次他人的詢問:高能物理到底是干什么的?回答多半是對撞機(jī)和譜儀有哪些新技術(shù)帶動了國內(nèi)在某些方面技術(shù)的發(fā)展,BES上的物理成果在國際高能物理界的影響等,僅此而已。閑下來到本所東大門內(nèi)看看高能所地標(biāo)性建筑——有李政道先生題字的正負(fù)電子對撞的模型。其中李政道先生題字的最后一行是“天地之藝物之道”,即是說北京正負(fù)電子對撞機(jī)要探索的正是“天地之藝物之道”。這么多年來,國內(nèi)高能物理的命運起起伏伏,僅方案論證就有“七下八上”之說。早年論證方案時多數(shù)人認(rèn)為質(zhì)子加速器是首選,因為它打靶可產(chǎn)生豐富的次級粒子,對電子加速器并不怎么待見??墒亲詮挠辛苏?fù)電子對撞機(jī),這些概念就全變了。正負(fù)電子對撞湮滅后可產(chǎn)生對撞能量下允許的任何粒子。BES在2–5GeV能區(qū)主要做τ–粲物理研究,然而湮滅產(chǎn)物中可產(chǎn)生大量強(qiáng)子,包括各種重子對,這是以前從未想到過的。BES上可產(chǎn)生粲夸克,再高能量的對撞機(jī)上可產(chǎn)生底夸克、頂夸克、希格斯粒子等。所以提高正負(fù)電子對撞機(jī)能量成了下一代對撞機(jī)追求的目標(biāo)。理論物理學(xué)家將正負(fù)電子湮滅的瞬間稱之為能量火球,在能量閾值允許條件下可產(chǎn)生任何粒子,就像宇宙形成之初大爆炸瞬間一樣。以此感悟我為北京正負(fù)電子對撞機(jī)(BEPC)和北京譜儀(BES)寫下如下一副對聯(lián):上聯(lián)是“正負(fù)電子湮滅變幻混沌宇宙初現(xiàn)”,下聯(lián)是“輕重夸克產(chǎn)生化物大千世界重來”,橫批是“探微覓宏”,意為探測微觀粒子產(chǎn)生,實際上是在尋找宏觀宇宙形成發(fā)展的規(guī)律。

  以此文紀(jì)念北京正負(fù)電子對撞機(jī)(BEPC)建成30周年,并預(yù)祝更高能量正負(fù)電子對撞機(jī)方案早日落實并最終實現(xiàn)!

   (本文在“紀(jì)念北京正負(fù)電子對撞機(jī)建成30周年有獎?wù)魑幕顒印敝袠s獲二等獎。)

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