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緬懷李政道先生對中國高能物理創(chuàng)立與發(fā)展所做豐功偉績

發(fā)布日期:2024-08-08

85日上午從微信上看到李政道先生于84日在舊金山逝世的消息,第一時間是不敢相信。4月在祝賀葉銘漢先生99歲誕辰時還讀到他熱情洋溢的來信,最近沒有聽說他生病,我們還準備籌辦他的99歲壽辰,怎么突然就走了?以后從各個渠道都證實了該消息,惋惜和悲痛之情涌上心頭,于是產(chǎn)生了寫文懷念這位偉大的科學家和赤誠的愛國者的沖動,并感到有義務(wù)將我所了解的李政道先生對中國高能物理學科發(fā)展做出的巨大貢獻介紹出來,讓更多的人知道。

一、高能危機關(guān)頭力挽狂瀾

從20世紀50年代,中國科學家就有一個夢想,希望在中國有一個自己的高能物理實驗基地(主要包括高能加速器和探測器),可以自主地開展高能物理實驗工作。夢想實現(xiàn)的道路漫長而曲折。直到1975年國家才同意建造一臺40Gev(400億電子伏)質(zhì)子同步加速器,(后能量擴大至50Gev(500億電子伏))。正當該項目預制研究進行不久,1980年該工程項目因國民經(jīng)濟調(diào)整而下馬。這無異于給中國高能人當頭潑了一盆冷水。

就在這關(guān)鍵時刻,李政道先生提出了一個挽救高能物理的方案,即建造一臺2x2.2Gev(質(zhì)心系能量44億電子伏) 正負電子對撞機(實際上他在1977年就曾提出過這一方案,只是當時國家已定質(zhì)子加速器方案而未被采納)。他首先說服中國物理學家,請高能所的朱洪元、謝家麟兩位專家到美國幾個高能物理實驗室進行調(diào)研。調(diào)研后,他們兩人以及多數(shù)中國高能物理學者經(jīng)過認真研討后認為這個方案既有豐富的物理窗口,建造價格相對便宜(只有50Gev質(zhì)子同步加速器的三分之一)。雖然對撞機技術(shù)復雜,但中國人完全有能力掌握這些技術(shù)。于是李政道先生利用各種機會向鄧小平同志和有關(guān)領(lǐng)導闡述中國高能物理基地建設(shè)的必要性以及選擇正負電子對撞機的理由。鄧小平在了解各方面意見之后,最后聽取了李政道先生的意見,決定高能不下馬,采納李政道提出的方案。于是,在1981年12月22日對中科院提交的《關(guān)于建造2X2.2Gev正負電子對撞機報告》上批示“我贊成加以批準,不再猶豫”。1983年國家正式下達批準文件。1984年10月7日北京正負電子對撞機工程破土動工。鄧小平等國家領(lǐng)導為工程奠基。李政道及參加第五次中美高能物理聯(lián)合會議美方代表也參加了奠基儀式。

二、建造對撞機親歷親為

在BEPC建造過程中,李政道先生全身心的投入。他經(jīng)?;貒P(guān)心對撞機和譜儀的進展情況,和周光召院長,葉銘漢所長,謝家麟先生(對撞機工程經(jīng)理),谷羽同志(對撞機四人領(lǐng)導小組組長)商議對撞機工程建設(shè)大計,經(jīng)常提出好的建議。他深知BEPC/BES是由中國人自主設(shè)計,大部分部件是中國建造的,但為了搶時間,確保工程質(zhì)量,一些關(guān)鍵的先進技術(shù)和經(jīng)驗如能得到美國有關(guān)國家實險室的幫助,將會大大提高BEPC/BES的先進性并能少走彎路,節(jié)省建造時間。李先生利用每年一次的中美高能物理聯(lián)合會議來解決工程建造中遇到的問題。他是中美高能物理聯(lián)合會議的倡議者,美方核心成員,在代表團中享有很高的威信。一旦我們在中美高能物理聯(lián)合會議向美方提出我們急需的一些有關(guān)加速器,探測器,自動控制,電子學,計算機的關(guān)鍵技術(shù),設(shè)備部件或軟件清單時,李先生就在會上給予支持,會下進行協(xié)調(diào),幫助落實。在他的積極斡旋下,最終我們得到美方相關(guān)實驗室的承諾,并寫上會議紀要予以執(zhí)行。1988年起,我成為中美高能物理聯(lián)合會議中方成員,親歷了李政道如何在會上會下,說服美方,熱心幫助我們解決困難的情景,拳拳之心溢于言表,令人感動。

全體參建人員經(jīng)過四年的艱苦拼搏,1988年10月初,對撞機、譜儀接近完成。此時李政道先生向葉銘漢所長建議,最好對撞機能趕在10月下旬召開的第九次中美高能物理聯(lián)合會議之前對撞成功,讓美方專家來認可、分享這一時刻。于是,在全體人員加班加點努力下,終于在10月16日凌晨,在BES的亮度監(jiān)測上顯示出了電子小角度散射信號,證實了正負電子在譜儀中心發(fā)生對撞,說明對撞機正負電子對撞成功。

我們將此消息第一時間通知了有關(guān)領(lǐng)導。經(jīng)確認后也通知了李政道先生,他知道后非常高興,向我們表示祝賀。10月24日鄧小平等黨和國家領(lǐng)導人視察了BEPC和BES。鄧小平由李政道全程陪同,興致勃勃地參現(xiàn)了對撞機和譜儀,并當面向李先生表示感謝,感謝他對對撞機建設(shè)所做的貢獻。

鄧小平還接見了對撞機建設(shè)人員和參加第九次中美高能物理聯(lián)合會的美方成員,之后他發(fā)表了“中國必須在世界高科技領(lǐng)域占有一席之地”的重要講話。

三、推動BES物理

1986年,我接任葉銘漢負責BES,與李先生接觸機會多了。他關(guān)心譜儀的建設(shè)進度,并勉勵我們一定要保證質(zhì)量。他說只有譜儀性能好,才能出好的物理。同時要我們盡早抓物理。他一再強調(diào)建對撞機的目的是出物理成果。

早從1984年起他和葉銘漢,朱洪元一起組織了一系列國際物理討論會,研究在BES上可以開展哪些物理工作。許多有關(guān)τ-粲物理的研討會是由中國高等科技中心組織召開的。

1990年初的一天,李先生見到我問起B(yǎng)ES的進展,我說譜儀已進入最佳運行狀態(tài),現(xiàn)正在J/ψ峰上取數(shù)。他很高興并勉勵我們要早出成果,出好的成果。他又說,因為對撞機亮度高,譜儀性能好,美國的一些物理學家對這個能區(qū)的物理很感興趣,他們有意參加BES的數(shù)據(jù)分析,問我有什么意見?我說我們非常歡迎美國同事參加,他們豐富的經(jīng)驗,特別是數(shù)據(jù)分析方面的經(jīng)驗對我們是十分需要的。在李先生和Panofsky 的促進下,BES合作組開始積極籌建。不久,美國科羅拉多大學W.Toki博士訪問高能所,與中國BES同事進行了很好的交流,并表示希望共同分析數(shù)據(jù)的愿望。年底SLAC所長B.Richter訪問高能物理所與高能物理所簽署了成立BES合作組的MoU。1991年初中國學者應邀訪問了美國SLAC等單位,5月合作組正式成立。中方有90人, 最早只有高能所一個單位,后來中國科學技術(shù)大學,山東大學等高校陸續(xù)參加進來。美方20余人來自美國的十個大學、研究所。

合作組成立后的第一項工作就是τ輕子質(zhì)量測量。這是中國同事首先提出的方案,得到美國同事的支持。在我們醞釀該方案時我曾征求過李先生意見,向他說明我們?yōu)槭裁匆龊腿绾巫靓虞p子質(zhì)量測量實驗。他仔細詢問實驗安排的細節(jié)和預期的精度后說,“這是檢驗τ輕子普適性是否成立的重要實驗,你們要抓緊時間做?!彼麖母叩慕嵌葋砜催@個實驗,對我們是一個很大的支持和促進。在是否做此實驗有爭議的時候,李先生的支持至關(guān)重要。

按慣例,實驗開題需要國家實驗室學術(shù)委員會的批準。最初,一些委員認為τ輕子質(zhì)量測量實驗風險較大,希望做一些比較保險的如J/ψ物理有關(guān)的實驗。在兩天的評審會上我們詳細地介紹了該實驗的意義和迫切性以及對實驗的細節(jié)所做的安排,可達精度的估計等。最終實驗得到了大多數(shù)委員的支持,并獲得了批準。

從1991年8月至1992年3月在中美兩國物理學家的共同努力下,順利完成了τ輕子質(zhì)量測量實驗,實驗精度比以往實驗提高了十倍,所測τ輕子質(zhì)量值糾正了7Mev的偏差后,確認輕子普適性規(guī)律是正確的。結(jié)果一出來,我第一時間告訴了李先生,他興奮之極,并邀請我到不久后在華盛頓舉行的華人物理大會上報告這一結(jié)果。大會是由李先生主持的,我報告后他給予了很高的評價,認為是近年來高能物理最重要的實驗。會后反響很大。以后BES合作組同事分別在不同會議上報告了實驗結(jié)果,引起高能物理界極大的關(guān)注。這是BES上第一個成果,開了個好局,提高了BES的信譽,增強了合作組的信心,為以后源源不斷的物理成果取得打下了良好基礎(chǔ)。

李政道先生非??粗剡@項BES的新研究成果,在1992年慶賀趙忠堯先生90大壽時,李先生贈送給他老師的禮物是一幅裝裱τ輕子質(zhì)量測量的雙維擬合彩圖。他在講話中說,趙老師是正電子湮滅現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)者,是中國物理界的先驅(qū),培養(yǎng)了一大批優(yōu)秀人才。這次將中國物理學家最新成果獻給他,說明中國物理在幾代人的努力下不斷地發(fā)展,大家不會忘記開拓者的功勞。當然,我們也不會忘記李先生對BEPC/BES的貢獻以及從一開始就對τ輕子質(zhì)量測量實驗給予的大力支持和鼓勵。

圖1 李政道拿著τ質(zhì)量測量二維擬合圖。作為禮物贈與趙忠堯先生

四、對BEPC未來的考慮

李政道先生沒有止步于BEPC建造的成功,他在思考BEPC/BES的下一步。1994年初我和BEPC的幾位同事提出τ—c工廠(即工作在與BEPC相同的τ—粲能區(qū),但亮度比BEPC提高100倍的正負電子對撞機,又稱τ—粲工廠)可以作為BEPC未來發(fā)展的首選。我們向他提出這一看法以后,他沒有立即表態(tài)。他慎重的原因是τ—c工廠雖好,但面臨著世界上不久將建造的兩個B工廠(一個在美國,一個在日本)的巨大挑戰(zhàn)。因為它們在生產(chǎn)大量B粒子的同時也可產(chǎn)生大量的τ—粲粒子。那么在兩個工廠建好后,τ—c工廠還有存在的必要嗎?

為了解答這一問題,在李政道和Panofsky倡議下,當年在SLAC召開了來自世界各地的三十多位高能物理學家參加的大會,探討在B工廠時代,τ—c工廠還有優(yōu)勢嗎?我和高能所的王書鴻,黃濤,吳英志等人參加了會議,并應邀作了報告。李先生和Panofsky出席了會議,認真聽取每一個報告和發(fā)言。會議兩種不同意見針鋒相對。一派認為B工廠能產(chǎn)生與τ—c工廠差不多的事例,因而B工廠可以取代τ—c工廠。這一派的代表人物是SLAC的所長B.Richter,另一派是中國代表和在τ—粲能區(qū)工作過的物理學家。他們認為,雖然兩者產(chǎn)生的粒子數(shù)差不多,但τ—c工廠有較低的本底,可使用特有的雙標記方法,提高信噪比,大大減小系統(tǒng)誤差。此外,在τ—粲能區(qū)特有的J/Ψ及其激發(fā)態(tài)峰位和τ產(chǎn)生閾是B工廠所沒有的。我在報告中還引用了τ輕子質(zhì)量測量的例子,說明有些特點B工廠是無法取代的。吳英志報告了τ—c工廠的初步設(shè)計。SLAC的蔡永賜教授在報告中提出用τ—c工廠的極化束測量τ的CP破壞的物理建議非常吸引人,顯示了τ—c工廠的優(yōu)勢。大會十多個邀請報告后,專設(shè)一個圓桌討論會,有針對性地討論焦點問題。討論進行得十分熱烈,大家各抒己見,但每個發(fā)言都是以數(shù)據(jù)為依據(jù),尊重事實,以理服人。會議最后由B.Richter作總結(jié)發(fā)言,他說聽了大家的報告和討論后,他的觀點有所改變,他現(xiàn)在支持τ—c工廠有它的特色,不可由B工廠取代。在B工廠之后建造τ—c工廠的建議是合理的。他的觀點有代表性,有說服力。大會開完后,已是深夜,李政道先生把我留下說,“我現(xiàn)在正式表態(tài),支持你們將τ—c工廠作為未來發(fā)展目標的設(shè)想。但其建造有很大的技術(shù)難度,要團結(jié)中國高能物理界的同事共同努力才能克服?!崩钕壬鞘澜缰睦碚撐锢韺W家,為了得出正確判斷,他耐心參加了三天會議,認真聽了每一個報告,虛心聽取不同的觀點,然后才做出判斷。這種謹慎的態(tài)度,虛懷若谷,尊重事實的精神令人欽佩。

回來以后,我們立即開展τ—c工廠可行性研究工作,內(nèi)容包括物理目標研討,高亮度對撞機關(guān)鍵技術(shù)和概念設(shè)計,高性能探測器的關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)計等。高能物理界的理論人員,加速器、探測器的學者、工程人員都踴躍加入進來。可是馬上遇到一個問題,可行性研究的經(jīng)費從何而來?我們只好向李先生求援,他答應想辦法。一天李先生在高等科技中心宴請朱镕基總理,讓我也參加。在席間,他對朱總理說:高能所一些人提出建造τ—c工廠作為未來發(fā)展方案,現(xiàn)在讓鄭志鵬向您匯報一下。于是我花了約五分鐘時間介紹什么是τ—c工廠,可以做哪些物理工作,在今后國際競爭中所處地位。朱總理問了幾個問題,有的我回答,有的李先生回答,他的回答更簡單明了。最后朱總理表態(tài)支持開展τ—c工廠可行性研究工作,并問我需要多少經(jīng)費。我想了一下后作了回答。他問我這筆經(jīng)費怎么使用,我也認真作了回答。聽后他點頭說:這筆經(jīng)費我想辦法籌措。不久后,這筆經(jīng)費直接由政府撥了下來,使我們得以順利地開展可行性研究。經(jīng)過一年的努力,τ—c工廠可行性研究任務(wù)完成了,成果匯集成書。

與此同時李先生開始籌劃如何由中國牽頭開展國際共建的事宜。他先聯(lián)系了美國的SLACARGONNE等國家實驗室,都得到積極響應。ARGONNE的主任Price表示如能建造他們可以承擔總經(jīng)費的四分之一。之后又得到了日本KEK的響應,愿出總經(jīng)費的五分之一。他于19941013日寫信給江澤民主席和朱镕基總理,建議在BEPC的基礎(chǔ)上,建造更高亮度的τ—c工廠(李政道文錄60-64)。在信中他首先提到在BEPC上獲得的τ輕子質(zhì)量測量的成果,然后解釋什么是τ—c工廠,為什么要建造τ—c工廠, 以及19948月份SLAC國際討論會上高能物理專家的共識。李先生在信中提出要采用以中國牽頭,美國,日本參與的國際合作模式。他還提到美、日愿意承擔部分經(jīng)費的意向,這樣中國只需投資一部分就可以了。

由于各種原因,建造τ—c工廠的設(shè)想并沒能實現(xiàn),但τ—c工廠的預制研究在以后BEPCII/BESIII的升級改造中起了很好的參考作用。BEPCII/BESIII工程實施過程從τ—c工廠可行性研究中吸取了許多有益的借鑒,如τ—c工廠提高對撞機亮度的措施:雙環(huán),多束團,強流,超導等技術(shù)都可用在BEPCII上,探測器設(shè)計的經(jīng)驗如采用高分辨率的碘化銫晶體做電磁量能器,采用超導磁鐵提高磁場強度等也對BESIII有很大參考意義。同時可行性研究中論述的τ—粲能區(qū)的不可替代性,說明在B工廠時代仍有建造未來高亮度BEPC的必要性都對說服領(lǐng)導和科技界支持BEPC的重大改進有重要作用。

BEPCII/BESIII升級改造計劃自始至終都得到李先生的大力支持和推動,工程建造最終獲得巨大成功,取得了一系列國際一流水平的成果。當今已成為國際上研究τ—粲物理的最佳實驗室。BESIII國際合作組已發(fā)展到17個國家600多人的規(guī)模。三十年來北京譜儀合作組共發(fā)表文章700余篇。

五、題詞盡顯關(guān)懷

BES物理成果前后匯集成兩本書出版,都得到李政道先生大力支持,他應邀為兩本書提寫了書名。事情雖小,卻反映了李先生對BES物理一貫的關(guān)心。

這里還要提及的是李政道先生對中國學術(shù)期刊的關(guān)懷,并親自為期刊撰寫論文的事。先以CPC(Chinese Physics C)雜志為例,這是中國高能物理與核物理的英文期刊,長期以來都為高質(zhì)量的稿源發(fā)愁。2006年的一天,我在參加高等科技中心的學術(shù)活動中見到李先生,說起國內(nèi)學術(shù)期刊的苦衷:好文章都發(fā)往國外了,國內(nèi)雜志很難吸引到高水平的文章。乘此機會我向他介紹了CPC學術(shù)期刊,并以主編的名義向他約稿。他問了我?guī)讉€有關(guān)期刊的問題后,要我把近期出版的期刊先寄給他看看。于是我馬上照辦了。沒過多久,他將一篇與同事合作完成的重要論文:A Possible Relation between the Neutrino Mass Matrix and the Neutrino Mapping Matrix寄來,向CPC投稿。我們喜出望外,經(jīng)過正常的審校程序后,用最快的時間發(fā)表了。發(fā)表后引用率非常高,影響很大。以后李先生又陸續(xù)寫了兩篇論文投來,發(fā)表后都有很高的引用率。2012年,恰逢CPC創(chuàng)刊35周年,我們請李先生題詞紀念。他欣然同意,不久就將題詞寄來,并還寫信祝賀。李先生題詞在期刊上發(fā)表后影響極大。在李先生帶動下,期刊不斷收到一些高水平的文章。以后我們又獲得了AME(原子質(zhì)量評估)和PDG(粒子數(shù)據(jù)表)的刊載權(quán),使雜志上了一個新臺階。2015年CPC的影響因子達到3.76,比前幾年的0.3提高了十倍還多。這標志著CPC已進入國際物理優(yōu)秀期刊行列?,F(xiàn)在CPC已成為國際高能物理界公認的一流雜志。大家不會忘記李先生在我們期刊困難時所給予的支持和投稿。

圖2?李政道給中國物理雜志創(chuàng)刊35周年題詞。

圖3李政道與鄭志鵬攝于中國高等科技中心,1998年

說起題詞,還有最近發(fā)生的一事值得一提。2018年迎來了廣西大學100周年校慶。廣西大學領(lǐng)導考慮到學校的杰出校友李崇道是李政道的哥哥這一層關(guān)系,試圖求得李先生的一幅題詞。他們沒有把握來問我,我只好向中國高等中心的王垂林教授打聽。他詢問了李先生,得到了李先生的同意。于是廣西大學校長寫信給李先生,介紹了廣西大學的歷史和現(xiàn)狀,提到了李崇道先生于1942年,在廣西大學農(nóng)學院畜牧獸醫(yī)系學習,1946年以優(yōu)異成績畢業(yè)。畢業(yè)后工作在畜牧獸醫(yī)學方面多有建樹,在業(yè)界有極大聲望,是廣西大學的杰出校友。如果能在百年校慶時得到李政道先生的題詞則對廣西大學師生是一個很大鼓舞。李先生收到信后不久就寄去了“慶賀廣西大學九十周年校慶,九十載桃李芬芳發(fā)達廣西,新時代再創(chuàng)輝煌復興中華”的題詞。該題詞成為廣西大學百年校慶的珍貴禮物,影響很大。慶典時掛在顯著位置,慶典后珍藏起來。

六、CUSPEA的深遠影響

這里我要提一下李政道先生對中國科教事業(yè)做出很大貢獻的一項工作-CUSPEA。改革開放后,他開創(chuàng)中國年輕學者赴美第一流大學留學的新模式:CUSPEA,即China-U.S. Physics Examination and Application(中美聯(lián)合培養(yǎng)物理類研究生計劃)的英文簡稱。設(shè)立這一項目的初衷是基于40年前,李政道先生回國訪問講學之時,目睹當時祖國面臨人才斷檔的嚴重危機狀況,使他憂慮萬分。他從自己成長的經(jīng)歷中深切感到,必須盡快為祖國的一批年輕人創(chuàng)造系統(tǒng)學習和發(fā)展的機會,特別是讓他們能到美國世界第一流的研究院和大學去系統(tǒng)學習,這才是培養(yǎng)人才的一個長遠之計,也是他義不容辭的責任。正是出于這樣的考慮,李先生才在1979年設(shè)計了這一獨特的CUSPEA項目。

為了實施這個項目,他來回穿梭于中美兩國,費盡心血,克服重重困難,于1980年2月項目正式啟動。后來項目逐步擴大,到1988年合作院校擴大到76所美國大學,21所加拿大大學,95所中國大學。該項目先后培養(yǎng)了915名物理學高級人才,個個是物理界有成就,有影響的學者,其中有院士,國際大獎獲得者,成功的高科技發(fā)明家和企業(yè)家。他們中的30%回到祖國,為祖國做貢獻。

回到高能所四位學者,都為BEPC/BES建設(shè)做出貢獻。李衛(wèi)國,許榕生,漆納丁,王平都是在對撞機建設(shè)中最需要的時候回來了。他們在美國的時候,在高能物理,探測器硬件,軟件都受到極全面的訓練,回國后正是他們發(fā)揮作用的時候。李衛(wèi)國參加了北京譜儀早期的工作,后負責的BESIII建造,做出很大成績。許榕生為北京譜儀的分析軟件做貢獻同時主持了高能所計算中心的互聯(lián)網(wǎng)工作,為中國第一條互聯(lián)網(wǎng)在高能所的建成立下了汗馬功勞。漆納丁是BES上第一項重要實驗τ質(zhì)量測量主要參與者,做出了貢獻。王平在美國學理論的,回國后參加北京譜儀的物理分析,在推動理論與實驗的結(jié)合方面做了許多工作。

七、緬懷李政道先生

我在這里介紹的僅是所了解到的有關(guān)李政道先生對中國高能物理貢獻的一個側(cè)面,只是李政道對中國科學,教育貢獻的一部份。

從BEPC的建造至今整整走過了四十年。中國的高能物理從無到有,到現(xiàn)在碩果累累,已在國際高能物理τ—粲領(lǐng)域占有一席之地。這一切我們都忘不了李政道先生開創(chuàng)性的貢獻。李政道先生雖離開我們,但永遠活在我們心中。

每一個中國人都會牢記李政道先生為祖國科學,教育,人材所做的豐功偉績。

李政道先生在高能物理,原子核物理,統(tǒng)計物理,天體物理等諸多領(lǐng)域所做的開創(chuàng)性成果將永載先冊。

李政道先生崇高道德,愛國精神永遠激勵后人。

偉大的科學家李政道先生永垂不朽!


鄭志鵬

2024.8.8



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