時間過得真快，中科院高能物理所于1973 年成立，成立大會時的場面還歷歷在目，可是一晃已過去40 年了。
40 年來由于幾代“高能人”的努力，高能所的面貌發(fā)生了巨大的變化，中國高能事業(yè)正如鄧小平所期待的，已在世界高能物理領域占有一席之地。不但在高能物理領域，而且在與其相關的多學科領域也得到了長足的發(fā)展， 高能所已成為世界上有影響的高能物理基地之一。
一定有許多人想了解：中國的高能事業(yè)是如何起步的？是如何一步步的走過來的？作為參與者，我想通過對往事的回憶，從一個側面，從我經(jīng)歷過的幾件事情，為這段歷史提供一些資料。
1. Mark J 探測器
高能所成立之初， 就很重視對年輕人的培養(yǎng)，開設各種各樣的培訓活動，如英語學習班，專業(yè)講座和學術報告。1975 年丁肇中教授（圖1）到高能所作報告，受到了熱烈的歡迎。我對其發(fā)現(xiàn)的新粒子感到十分好奇，被他在德國漢堡新的高能物理實驗計劃深深吸引。
圖1 1991 年，丁肇中教授（右）訪問高能所時與作者合影
1977年，他在獲得諾貝爾物理學獎之后不久再次訪問中國，受到了鄧小平的接見。鄧小平提出希望他為中國培養(yǎng)科學人才，他滿口答應了，說：“第一批先送十人來到我實驗室工作、學習?！?/p>
沒想到，我有幸成為這十人之一，當時心中又興奮，又緊張。興奮的是， 能得到諾貝爾獎獲得者的培養(yǎng)；緊張的是，聽說丁肇中要求極嚴格，不知我能否勝任。
因為是“文革”以后第一批出國學習，國家特別重視。出國前，方毅副總理到高能所接見了我們第一批先行的6人，叮囑我們：勤奮學習，努力工作，學成回國，為祖國的科學事業(yè)服務。
1978 年元旦剛過，我們6人從北京乘機飛往巴黎，由巴黎轉(zhuǎn)乘火車到波恩，在中國駐德大使館停留一天后，再乘火車抵達漢堡。下火車后我們發(fā)現(xiàn)丁肇中已在火車站來接我們了，他直接將我們帶到德國電子同步加速器研究中心（DESY）。在安排好我們的住處后，他對我們說：“明天上午9點， 在會議室開會?！?/p>
第二天開的是全組大會，當時小組人不多，三十人左右，以麻省理工學院成員為主，是由美國人、德國人等組成的國際合作小組。丁肇中首先對我們新來的6人表示歡迎，同時講了我們將要建造的Mark J 探測器的結構，建造時間表以及近期的工作安排和分工。他講話后進行了小組討論。會上大家都講英語，我和大多數(shù)中國去的同事僅能聽懂些單詞，只能靠猜測來了解大概意思。
到DESY 的第二天緊張的工作就開始了。為了趕在PETRA 加速器出束前造好Mark J 探測器，只剩下一年多的時間，因此不得不夜以繼日地工作。丁肇中帶頭，大家每天從早上9 點一直干到半夜12 點，除了睡覺、吃飯以外，大部分時間都是工作。星期六、星期日、節(jié)假日也不例外。因為當時年輕， 想多學些東西，早日完成自己承擔的任務，也就很快適應下來了。
我們6人分到了不同的小組，我參加大面積閃爍計數(shù)器的制備、測試和數(shù)千個光電倍增管測試的工作。這是我第一次接觸這方面的工作，沒有時間系統(tǒng)地學習，只好邊干邊學，不懂就問同一個課題組的兩個美國人和一個德國人。他們都很熱情，有問必答。我從他們那里學到了不少東西，很快熟悉了環(huán)境，投入緊張的工作。
為了提高我們的理論水平，丁肇中請了幾位DESY的理論家給我們講粒子物理進展。為了提高我們的英語表達能力，他請他的秘書和他的兩個女兒給我們上英語課。
工作了不長時間就遇到了一件事情：丁肇中安排我們同來的一位中國同事單獨到城里辦事，這位同事感到很為難，在再三詢問下，他才如實告之：我們有外事規(guī)定，中國人外出必須兩人以上同行。丁感到很費解，不知為何有此規(guī)定。他馬上打電話到中國使館找到了張大使詢問，知道的確有此規(guī)定。但張大使又說：這條規(guī)定可以在丁先生你那里不執(zhí)行。丁肇中和我們都很高興，可以不受此條外事規(guī)定的限制，給以后的工作帶來了很大方便。
另一件印象很深的事是，一天，丁肇中布置給我一個任務，讓我按他給出的圖紙制備出供量能器所需光電倍增管的分壓器。在認真進行了調(diào)研和計算之后，我發(fā)現(xiàn)該線路設計不盡合理，可能會對能量線性范圍有影響?？紤]再三后，我如實向丁肇中說出了我的想法。他說：你可按你的想法重新設計一個新的分壓器。然后按不同設計制備好兩個分壓器到實驗中去比較。我很快完成了任務，他就拿著這兩個分壓器以及光電倍增管和我一起來到實驗束大廳測試。幾個小時后，結果出來了，數(shù)據(jù)顯示出我設計的那個具有更大的線性范圍。他看到實驗結果后對我說：“所有的幾百個量能器光電倍增管分壓器都按你設計的做?！蔽覟樗懿杉{自己的設計而高興，同時也為他尊重科學、實事求是的作風而感動。
一年多的時間，一個性能良好的龐然大物——Mark J 探測器矗立在譜儀大廳里，這是全體Mark J 小組同事們汗水的結晶，其中包括了我們中國同事的貢獻。我們都很好地完成了各自的任務，丁肇中對我們的工作給予肯定和贊賞。
不久，就在這臺探測器上取得了膠子噴注發(fā)現(xiàn)的出色工作，大家辛苦了一年多，在實踐中學習到了許多高能探測器的前沿知識，提高了我們的動手能力。同時，從丁肇中身上學習到了嚴謹、執(zhí)著的精神和作風，對以后回國參加北京譜儀的建造大有裨益。
2. 北京譜儀
從丁肇中那里回來不久，中國政府批準了建造一臺2×2.2 GeV 正負電子對撞機的方案，我們的心情無比激動，終于中國也將有自己的高能加速器和探測器了。與北京正負電子對撞機（BEPC） 配套的是一臺稱為北京譜儀（BES）的探測器，正負電子對撞后產(chǎn)生的粒子要在這里進行分析、研究。能否出來好的物理成果，譜儀的性能至關重要。
北京譜儀的設計和建造由葉銘漢負責（圖2），他和同事們經(jīng)過大量的調(diào)查研究決定參考當時在同能區(qū)中最先進的Mark III 探測器，爭取在探測器的結構、性能、數(shù)據(jù)獲取、物理分析以及總體性能方面要保持先進性。由于經(jīng)費和當時加工水平的限制，我們要付出更多的努力才能做到這一點。在設計之初我們曾考慮過用無機閃爍體來建造簇射計數(shù)器，這樣會有很好的能量分辨率，但因經(jīng)費超標，只好作罷。
BES（圖3）是由亮度檢測器、中心漂移室、主漂移室、飛行時間計數(shù)器、簇射計數(shù)器、μ 子計數(shù)器及大型磁鐵、線圈構成，體積大約為5×5×5 m3，重500t。首先要保證每個分部件的指標先進、精準才能做到整個譜儀的優(yōu)良性能。
圖2 葉銘漢（中）、李金（右）與作者討論BES 工作
圖3 總裝中的北京譜儀
我們遇到的第一個難題是加工問題，即譜儀分部件指標的先進性與當年（20世紀80年代）加工水平的差距，使得我們當時在全國很難找到合適的廠家。后來花了很大力氣，才找到貴州某軍工廠愿意為我們生產(chǎn)精度要求很高的主漂移室的端蓋板，還落實了在上海飛機制造廠生產(chǎn)簇射計數(shù)器，在天津造船廠生產(chǎn)大型磁鐵，在原子能研究所生產(chǎn)大線圈……
建造簇射計數(shù)器所用的鋁方管，先要到哈爾濱鋁廠定制圓鋁管，再運到上海加工廠將圓管冷拉成所需的方型鋁管，最后到上海飛機制造廠將方鋁管和鉛板熱壓在一起，而鉛板則是在甘肅一個廠子特制的。
為了保證質(zhì)量和進度，許多同事只得長期駐廠，及時與工廠的工人、技術員在一起解決技術難題。他們長時間生活在艱苦的條件下，遠離親人，為工程作出了奉獻。
為了保證北京譜儀保質(zhì)、按時完成，大家都很辛苦，每天工作十多小時， 幾乎沒有節(jié)假日，連春節(jié)都在加班。那時工資水平很低（一二百元），獎金很少（最早一月5元，后來加到15元），可是人心很齊，都想盡力完成好交給自己的那份任務，實現(xiàn)中國有自己的高能基地的夢想。
1982年，我負責北京譜儀飛行時間計數(shù)器的研制，1986年負責北京譜儀的建造、安裝和調(diào)試，經(jīng)歷了譜儀建造的全過程，有成功時的快樂，也有挫折時的煩心，印象較深的有下面幾件事：
1. 磁鐵線圈在原子能研究所造好后，經(jīng)過測試，性能很好，大家都很高興?？墒?，如何運往高能所？大家卻犯了愁，原因是裝車后發(fā)現(xiàn)總高度已超過途經(jīng)的幾座橋洞的限高。正在大家一籌莫展時，張厚英找來一張詳細的北京市區(qū)交通圖，研究了一條繞行的路線，避開幾個限高的橋洞，多花了幾個小時，終于運達了譜儀大廳。
2. 1988年，上百噸重的簇射計數(shù)器在經(jīng)過幾個月的辛勤勞動之后組裝好了大部分，但在測試其強度時，發(fā)現(xiàn)在鉛桶和計數(shù)器之間產(chǎn)生了滑移，大家都十分著急。為了確保質(zhì)量，不得不最后決定拆掉后重裝。我們找到了層間滑移的原因，加強了鋼筋的拉力，從零開始，又花了三個月時間，終于把簇射計數(shù)器重新裝好，確保了安裝強度。
3. 1988年10月的一天，葉銘漢來找我，說：“近日要開始中美高能會談了，美方專家正在北京，如果此時能實現(xiàn)正負電子對撞將是一個很適當時間。但正負電子能否對撞的最直接證據(jù)是由北京譜儀給出的，希望你抓好這項工作?！蔽伊⒖陶业搅素撠熈炼缺O(jiān)測器的同事們，他們已在譜儀廳調(diào)試了好幾天。我們一起商量如何區(qū)別信號和噪音，一起找尋在大本底下觀察到弱信號的方法，并與北京正負電子對撞機（BEPC）值班同事緊密配合記錄下單束運行的本底和對撞時亮度監(jiān)測器的變化。經(jīng)過幾個晝夜的連續(xù)調(diào)試，我們終于摸到了規(guī)律。1988年10月16日凌晨，當值班室通知我們BEPC已處于對撞模式時，我們在亮度監(jiān)測器上明顯看到了正負電子散射（巴巴散射）信號，而且計數(shù)隨時間不斷增長，而在單束運行時，信號就沒有了，從而證實了信號的確是正負電子發(fā)生對撞的結果，不是噪音。反復多次，都是如此，于是我們確認，BEPC 的正負電子的確是對撞了。我們把這一消息通知了BEPC 值班室，他們都趕到譜儀廳觀看不斷上升的巴巴散射信號。大家高興得跳了起來，一夜的疲勞也隨之驅(qū)散了。我在第一時間通知了葉銘漢，他天一亮就來到了BEPC 運行室和譜儀大廳，對正負電子已對撞的事實進行了確認。這一消息很快就傳到全所，并通過媒體傳到了全國。鄧小平知道后，與其他國家領導一起于10月24日來參觀了BEPC/BES。
4. 1989年一天的深夜，我被電話鈴聲驚醒，接電話后，得知譜儀出了問題。我穿上衣服直奔譜儀大廳，一進去發(fā)現(xiàn)煙霧繚繞，水蒸氣充滿大廳。值班人員告訴我：“由于幾小時前的一次突然停電，致使線圈冷卻水保護裝置失靈，以至于水溫升高到冒熱氣時才發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)后已把線圈電源關閉?！甭牭街蛋嗳藛T的匯報，見到滿屋的蒸汽，我一下子驚呆了，兩腿發(fā)軟，不知在這樣的高溫下線圈絕緣是否受到傷害？如果絕緣壞了，線圈需要重做，至少將取數(shù)計劃推遲一年，后果不堪設想。抱著這種忐忑不安的心情，我只好趕快搬救兵，第一個找的是值班主任李金，好在他就住在大院里，我氣喘噓噓地爬上他所住的五樓，把他叫醒，尋找對策。等天一亮，再叫負責線圈的同事過來一起測試線圈電阻，發(fā)現(xiàn)阻值沒變，才稍許放心。后來又重新運行了幾次，最后確定線圈安全無恙，心里的一塊石頭終于落地。
5. 譜儀運行了一段時間后，一次突然發(fā)現(xiàn)主漂移室的兩個電極絲斷了，碰到了周圍其他的電極絲，造成短路，致使主漂移室加不上高壓，不能正常運行。我們只得停下來檢修，想辦法將斷絲抽出來，但有一定難度，辦法一時沒有找到。正在煩惱時，一天晚上的十一點左右，我突然接到了周光召院長的電話，他嚴肅地說：“我聽說你們的譜儀出了事故，影響運行，是怎么回事？”我如實將情況告訴他，說：主漂移室一共有兩萬多根電極絲，斷了兩根屬于正常情況，現(xiàn)在麻煩的是，影響了正常運行，大家正想辦法解決。我很奇怪，這件事情怎么會這么快就反映到周院長那里。不久，大家終于想出一個辦法，制造了一種特殊的工具，最終將兩根斷絲夾了出來，解決了一場危機。
3. τ 輕子質(zhì)量測量
北京譜儀建成以后，任務很明確，就是：運行好，多取數(shù)據(jù)，早出物理成果。當時感到最薄弱的力量是物理分析隊伍，為此，一部分搞硬件的同事及時轉(zhuǎn)了過來，很快進入角色，加強了數(shù)據(jù)分析力量。
一開始，譜儀能量放在J/ψ 上，一方面對譜儀進行刻度，另一方面收集數(shù)據(jù)以便進行J/ψ 物理分析。
1990—1991年，一個國際高能物理界關注的信息傳到了我們這里：根據(jù)當時所測到的τ 輕子壽命與它的衰變分支比的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了一個很大的問題：如果τ 輕子質(zhì)量測量是正確的話，那么大家所公認的輕子普適性原理就破壞了，這將是一個很大的理論挑戰(zhàn)。可能的解釋，一是出現(xiàn)了新的物理，輕子普適性不再成立。二是以前測量的τ 輕子質(zhì)量測量值有問題。我和北京譜儀的同事都十分關注這一問題。并躍躍欲試，想在我們這里重新測量τ 輕子質(zhì)量。感興趣的幾位同事對τ 質(zhì)量測量的歷史進行了仔細的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)以前國際上有4 個實驗進行過測量，大多采用產(chǎn)生截面擬合的方法，誤差較大，不夠準確。而τ 質(zhì)量的值對輕子普適性又十分敏感，因此我們決定在BES 上用新的方法重新精確測量τ 質(zhì)量。用什么新的方法，幾經(jīng)討論，大家傾向于用掃描方法，精確找到τ 產(chǎn)生閾的能量值，根據(jù)質(zhì)能關系：E=mc2，以τ 產(chǎn)生的能量閾值來定τ 的質(zhì)量。方法是新的，過去沒用過，但對加速器、探測器能量的穩(wěn)定性，能量的標定精度都要求很高，對我們來說，這是一個極大的挑戰(zhàn)。中方的物理學者都很有信心來迎接這一挑戰(zhàn)。與BES 合作組的美方科學家溝通后，該方案也得到了他們的支持和參與。
1991年8月實驗前進行了多方面的準備，首先對北京譜儀進行了全面的檢修，使其工作處在最佳狀態(tài)。對數(shù)據(jù)獲取、離線分析系統(tǒng)也進行了改進、提高。對撞機、譜儀的長期穩(wěn)定性、可靠性也有所提高。此外，還進行了蒙特卡洛模擬，并對實驗步驟、實驗條件和可能的結果進行了研究。這是一次大膽的創(chuàng)新。
實驗開始時，第一點放在τ 質(zhì)量世界平均值1784 MeV 上，然后不斷逼近τ 的產(chǎn)生閾值?？偣策\行了12個點，用了幾個月時間，采用最大似然法，對質(zhì)量、效率同時擬合，求到τ 質(zhì)量的精確值為
（圖4），其中心值比原來的小7MeV，精確度提高了10倍。
我們的結果糾正了過去測量的偏差，確認了輕子普適性是成立的。
我在1992年、1993年代表BES 合作組分別在海外華人物理大會和國際輕子光子大會上宣布了在BES 上進行的τ 輕子質(zhì)量測量結果，引起了極大的反響。聽眾熱烈的掌聲是對BES 結果的贊賞。
這一成果，震撼了國際高能物理界，被認為是1992年國際上最好的粒子物理成果，被評為1993年國際十大科技新聞之一，被PDG（粒子數(shù)據(jù)小組） 確認為粒子物理界50年來的重要實驗數(shù)據(jù)之一。BES 一炮打響，使國際高能物理界認識了中國人。中國科學家感到驕傲的是沒有重蹈前蘇聯(lián)“只造加速器， 沒有物理結果”的覆轍。
4. 不懈的努力
τ 質(zhì)量測量之后，BES 又在J/ψ，ψ′等物理領域取得了一系列成果。但大家清醒地認識到“逆水行舟，不進則退”的道理， 在國際競爭愈演愈烈的情況下，我們絕不能止步，一方面著手譜儀的升級改造，另一方面構想我國高能物理的發(fā)展遠景。
1993年，BES的升級改造開始了，與此同時對撞機亮度升級改造也在進行，經(jīng)過幾年的努力，升級改造很成功。BEPC的亮度提高了兩倍，升級后的BESⅡ在更換了主要部件后，性能有很大改善；數(shù)據(jù)獲取、觸發(fā)判選、分析軟件等系統(tǒng)性能有很大提高。在其上獲得了一系列重要的物理成果，如R 值的精確測量，X（1835）新粒子的發(fā)現(xiàn)等，這些成果以及BESⅡ升級改造過程已經(jīng)總結成書：《北京譜儀II 正負電子物理》（鄭志鵬主編，中國科學技術大學出版社出版）。
圖4 τ輕子質(zhì)量測量的雙參數(shù)擬合圖
從1994年起，在李政道教授和美國潘諾夫斯基教授的支持及國內(nèi)同行的積極參與下開始了τ–c工廠（即工作在τ– 粲能區(qū)，利用雙環(huán)、多束團、強流等技術達到更高亮度的新一代正負電子對撞機）的預制研究，并得到了政府的支持。大家對τ–c 工廠的初步設計（對撞機和譜儀）物理目標進行了研究，獲得了許多成果，鍛煉了隊伍，為以后的BEPCII/BESⅢ的建造打下了堅實的基礎。
我們很高興地看到BEPCII/BESⅢ升級改造的成功，更高興地看到BESⅢ 上取得的物理成果。我們期待中國人牢牢地占領國際τ–c 領域的一席之地，做出世界一流的成果。這是一個老高能人的祝福。
?。ū疚囊浴冬F(xiàn)代物理知識》，2013, 25(02): 5-9）
