【人民畫報(bào)】葉銘漢:用“大機(jī)器”探索“小宇宙”

發(fā)表日期:2015-04-01

  他穿著白襯衫、黑夾克、灰呢長褲,滿頭銀發(fā),很瘦,總是溫和地笑著。在兩個(gè)小時(shí)的專訪中,修養(yǎng)極佳、思敏銳是他留給在場每一個(gè)人的共同印象。?

  他叫葉銘漢,89歲,中國工程院院士,現(xiàn)任中國高等科學(xué)技術(shù)中心學(xué)術(shù)主任、中國科學(xué)院高能物理研究所(下稱中科院高能所)研究員,曾任中科院高能所所長、中國高能物理學(xué)會(huì)理事長等職。?

  專訪在位于北京中關(guān)村東路的中國高等科學(xué)技術(shù)中心進(jìn)行。他娓娓講述起如何輾轉(zhuǎn)步入原子核物理領(lǐng)域,如何參加中國最早的粒子加速器研制,如何主持標(biāo)志中國高能物理實(shí)驗(yàn)躍居國際先進(jìn)水平的北京譜儀和北京正負(fù)電子對撞機(jī)的研制……講述時(shí),既無得意之情,也無過分謙虛之辭,他只是平靜地談?wù)撏簦貏e是那些有趣的工作。他說:“物理很奇妙,可以追究事情是如何發(fā)生的。”?

如何造出能量更高、探測更精準(zhǔn)的粒子加速器和探測器,以探索物質(zhì)微觀的“小宇宙”內(nèi)部更深層的奧秘,這永遠(yuǎn)是粒子物理學(xué)的前沿課題,也是中國工程院院士、實(shí)驗(yàn)核物理學(xué)家葉銘漢畢生致力的工作。?

  找到自己的道路?

  橫跨瑞士和法國邊境、深埋地下100米、長達(dá)27公里的歐洲大型強(qiáng)子對撞機(jī),是目前地球上最大的機(jī)器。功率達(dá)到最大時(shí),數(shù)以萬萬計(jì)的粒子在加速器環(huán)內(nèi)以每秒近30萬公里的速度急速穿行,相當(dāng)于光速的99.9999991%。?

  用世界最大的機(jī)器,研究最微觀的粒子,探索宇宙的奧秘,這是粒子物理學(xué)家們所做的工作。?

  葉銘漢覺得,這工作很有趣,也很適合自己。而當(dāng)年他卻是經(jīng)過一番波折才逐漸找到了這條道路。葉銘漢1925年出生在上海一個(gè)知識分子家庭。其祖父是前清舉人,父親曾任上海市南市區(qū)電話局局長,家境小康。但葉銘漢自幼體弱多病,性格內(nèi)向,不擅運(yùn)動(dòng),小學(xué)成績屬中下水平,唯獨(dú)喜歡“翻家里的書,亂看一氣”。直到初二時(shí),他因在一次作業(yè)中表現(xiàn)出色意外受到老師表揚(yáng),“不知不覺對念書專心起來”,期末考了全班第一。?

  1942年,葉銘漢受叔父葉企孫之邀,前往重慶繼續(xù)學(xué)業(yè),以免受上海戰(zhàn)事的牽累。兩年后,他同時(shí)考取中央大學(xué)、西南聯(lián)大和上海醫(yī)學(xué)院,出于“學(xué)工容易有飯碗”的簡單考慮,最終選擇了西南聯(lián)大土木系學(xué)水利。?

  當(dāng)時(shí),他的叔父葉企孫也在西南聯(lián)大執(zhí)教。葉企孫被譽(yù)為中國近代物理學(xué)的奠基人之一,是早年清華學(xué)堂的首批學(xué)生,后留學(xué)美國芝加哥大學(xué)和哈佛大學(xué),獲博士學(xué)位,回國后曾任清華大學(xué)物理系主任、理學(xué)院院長。楊振寧、李政道、王淦昌、趙九章、錢偉長、錢三強(qiáng)、王大珩、朱光亞、周光召、鄧稼先等赫赫有名的物理學(xué)家都曾是他的學(xué)生,因而有人稱他是“大師的大師”。葉銘漢自幼對叔父崇敬有加,視其為人生楷模,他中學(xué)的學(xué)費(fèi)亦均由叔父資助。不過,葉銘漢說,對他的學(xué)業(yè)和人生抉擇,叔父從不干涉。?

  進(jìn)入大學(xué)后不久,時(shí)值日軍瘋狂進(jìn)攻中國西南部,愛國心切的葉銘漢于1945年1月在校加入青年遠(yuǎn)征軍抗日。他隨軍坐飛機(jī)到了印度,被編入汽車兵團(tuán)。其時(shí)戰(zhàn)爭已近尾聲,他并未真上戰(zhàn)場,只是參加了一段汽車駕駛訓(xùn)練,抗戰(zhàn)勝利前和戰(zhàn)友們開著美國吉普回到國內(nèi),抗戰(zhàn)勝利后不久便返校復(fù)學(xué)。?

  然而,這段特殊經(jīng)歷卻意外改變了葉銘漢的人生軌跡。因在青年軍交的一些好友是物理系學(xué)生,受他們影響,葉銘漢對物理產(chǎn)生興趣。一年后,西南聯(lián)大停辦,清華、北大、南開分別遷回原址,葉銘漢通過轉(zhuǎn)系考核,如愿轉(zhuǎn)入叔父主持的清華物理系學(xué)習(xí)。他自言未受到叔父特別蔭庇,回京后也未住過叔父在清華園的寓所——雅致的北院7號。他回憶說:“叔父做人很嚴(yán)謹(jǐn),做事公事公辦。我也向他學(xué)習(xí)?!?

  后來,葉銘漢一度萌生再次轉(zhuǎn)系、改學(xué)氣象學(xué)的念頭,因他發(fā)現(xiàn)自己對部分課程很有興致,但對一些純理論內(nèi)容卻興趣較缺。大三學(xué)年末,后被稱作中國原子能科學(xué)事業(yè)創(chuàng)始人的錢三強(qiáng)回國,在清華作了一場關(guān)于原子核物理的學(xué)術(shù)報(bào)告,促使葉銘漢最終決定繼續(xù)留在物理系?!坝袑?shí)驗(yàn)事實(shí)才能發(fā)展理論。我覺得實(shí)驗(yàn)很適合我,我比較合適搞一些不是太玄的東西?!彼⑿χf。?

  中國最早的粒子加速器?

  葉銘漢在青年時(shí)代就有機(jī)會(huì)在多位名師身邊學(xué)習(xí)工作,這讓不少人羨慕不已。?

  1949年,本科畢業(yè)后,葉銘漢考取清華大學(xué)碩士研究生,導(dǎo)師就是錢三強(qiáng)。葉銘漢一心想從事原子核物理的研究,在量子物理等相關(guān)課程中表現(xiàn)優(yōu)異,導(dǎo)師錢三強(qiáng)稱贊他是同學(xué)中學(xué)得最好的,并給他看一本從國外帶回來的關(guān)于回旋加速器的參考書。?

  回旋加速器是粒子加速器的一種。繼1897年發(fā)現(xiàn)原子由原子核和電子構(gòu)成,1932年發(fā)現(xiàn)原子核由質(zhì)子和中子構(gòu)成之后,科學(xué)家們又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)眾多比質(zhì)子和中子更小、更基本的“粒子”,于是形成了粒子物理學(xué)(又稱高能物理學(xué))。要研究這些微觀粒子,人類無法像使用顯微鏡觀察細(xì)胞那樣直接進(jìn)行觀察,只能通過粒子加速器,將這些微小粒子加速到接近光速的高速,通過“打靶”或轟擊,改變其狀態(tài),進(jìn)而分析和了解微觀物質(zhì)的組成和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。?

  “錢先生回來是有打算的,就是要在中國開展核物理實(shí)驗(yàn)?!比~銘漢回憶說。核物理實(shí)驗(yàn)是人類認(rèn)識微觀世界的手段,也是現(xiàn)代科技進(jìn)一步發(fā)展的必要條件。中國要縮小與西方的科技差距,需盡快開展核物理實(shí)驗(yàn)。粒子加速器是其中重要的實(shí)驗(yàn)裝置,1949年,葉銘漢即在導(dǎo)師錢三強(qiáng)的指導(dǎo)下開展相關(guān)的調(diào)研工作。?

  一年后,限于當(dāng)時(shí)的條件和政策,粒子加速器只能在中科院建造,葉銘漢遂受導(dǎo)師之命轉(zhuǎn)到中科院近代物理研究所,在王淦昌、蕭健領(lǐng)導(dǎo)的宇宙線研究組工作。不久后,人類歷史上首次觀測到正電子、后被稱為“中國原子能之父”的核物理學(xué)家趙忠堯沖破重重阻攔回到祖國,在近代物理所創(chuàng)建靜電加速器組,葉銘漢受調(diào)參加中國第一臺(tái)粒子加速器——質(zhì)子靜電加速器的研制。?

  當(dāng)時(shí),國內(nèi)的核物理基礎(chǔ)近乎空白,科研條件簡陋,經(jīng)費(fèi)也很有限。趙忠堯設(shè)計(jì)了靜電加速器的總體方案,將不同部件的具體任務(wù)分配給研究組成員。葉銘漢被安排負(fù)責(zé)主要部件之一離子源的研制。他回憶說,當(dāng)時(shí),國內(nèi)物資匱乏,核物理實(shí)驗(yàn)器材更是奇缺,他們形容當(dāng)時(shí)的工作為“要吃面包,先種麥子”,從研制一些基礎(chǔ)設(shè)備開始。趙忠堯回國時(shí)帶回一批在美國費(fèi)盡心思采購的靜電加速器部件和核物理實(shí)驗(yàn)器材,對推動(dòng)中國核物理的發(fā)展起到了重要作用。?

  雖然條件艱苦,工作緊張,但葉銘漢感到那時(shí)每天在學(xué)習(xí)進(jìn)步,心情很愉悅。1953年,中國第一臺(tái)700千電子伏靜電加速器建成。葉銘漢介紹,這臺(tái)靜電加速器的能量很低,進(jìn)行的科學(xué)研究不多,后轉(zhuǎn)到大學(xué)里用于學(xué)生實(shí)驗(yàn)?!暗鼧?biāo)志著中國的粒子加速器成功邁出了第一步,摸索了技術(shù),培養(yǎng)了人才。”他說,“我們從未研制過這個(gè),一些現(xiàn)在看來很簡單的東西,當(dāng)時(shí)花了不少時(shí)間。但它讓我有了一種信心,別人能做到的事,不管多困難,只要我們認(rèn)真努力去做,最終一定可以克服困難,一定能夠做到。”?

  跳上飛馳的特快列車?

  1957年,葉銘漢參加中國第二臺(tái)靜電加速器的研制,其能量于1959年成功達(dá)到設(shè)計(jì)值2.5兆伏,比第一臺(tái)增加300余倍。建成后,葉銘漢作為靜電加速組副組長負(fù)責(zé)其運(yùn)行和改進(jìn)工作,后率先研制和發(fā)展多種粒子探測器,開展了中國第一批低能核物理實(shí)驗(yàn),并于20世紀(jì)60年代初做出了國際水平的成果,測出一條國際上從未在實(shí)驗(yàn)中測出的Mg原子核(24Mg)新能級。?

  “發(fā)現(xiàn)新能級當(dāng)然很高興,其實(shí)是個(gè)很小的工作,它的意義是標(biāo)志著我們的技術(shù)達(dá)到了一定水平?!比~銘漢說,“當(dāng)時(shí)國外進(jìn)展也很快,已發(fā)展出串聯(lián)靜電加速器,能量達(dá)到千萬伏。很明顯,我們剛?cè)腴T,與國際差距還很大。但我們看到了希望,發(fā)展不是遙遙無期?!?

  就在葉銘漢懷抱希望,準(zhǔn)備與同事們快馬加鞭趕上國際水平時(shí),他卻懊惱地發(fā)現(xiàn)自己的境況“每況愈下”。1964年,國家原本批了1000萬元研制串聯(lián)靜電加速器的項(xiàng)目被停,葉銘漢被安排下鄉(xiāng)參加“社會(huì)主義教育運(yùn)動(dòng)”。不久后,“文革”開始,他又成了“反革命分子”,是重點(diǎn)批判對象。叔父葉企孫更被揪斗、抄家、關(guān)押。葉銘漢一度想到自殺,所幸后來看開。后于1969年被下放湖北潛江“五七干?!?,他每天干完活就偷偷看書,心情漸漸舒暢。?

  1972年,各地“干?!标懤m(xù)解散,葉銘漢回京投入靜電加速器的應(yīng)用研究。次年,中科院高能物理研究所成立,葉銘漢被調(diào)至高能所物理一室任大組長,陸續(xù)開展了多絲正比室、漂移室、閃爍計(jì)數(shù)器、重粒子磁譜儀等高能物理實(shí)驗(yàn)常用的粒子探測器的研制,并在國內(nèi)首先實(shí)現(xiàn)多絲正比室計(jì)算機(jī)在線數(shù)據(jù)獲取。?

  1978年,全國科技大會(huì)召開,科學(xué)的春天到來。建造一臺(tái)中國的高能加速器,被明確列入國家自然科學(xué)發(fā)展規(guī)劃。然而,歷經(jīng)十年“文革”后,中國的基礎(chǔ)科研舉步維艱,與國際先進(jìn)水平的差距愈來愈大。此時(shí),中國的高能加速器發(fā)展該走哪條道路,是先建一臺(tái)技術(shù)“十拿九穩(wěn)”的質(zhì)子加速器,還是將目光直接瞄準(zhǔn)此時(shí)國際上更為先進(jìn)、但國內(nèi)基礎(chǔ)一片空白的正負(fù)電子對撞機(jī)?各方意見莫衷一是。?

  葉銘漢介紹,早期的粒子加速器都是用高能粒子束轟擊靜止靶,就像用手槍打固定靶。而對撞機(jī)是兩個(gè)高能粒子束相向撞擊,相當(dāng)于用子彈打子彈,它是更有效產(chǎn)生高能反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法,但無疑技術(shù)更復(fù)雜,標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)苛,研制難度更大。?

  “第一,我們資金有限;第二,質(zhì)子加速器在國際上已不具競爭力,而對撞機(jī)則可以做國際前沿的工作?!比~銘漢贊成對撞機(jī)的方案,這也是國家最終確定的方案。他回憶說:“有人說,我們好比站在月臺(tái)上,想跳上一列飛馳而來的特快列車。如果跳上了,從此走在世界前列,否則將粉身碎骨?!?

  為幫助中國早日建成對撞機(jī),美籍華裔物理學(xué)家、諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主李政道專門設(shè)立了一個(gè)訪問學(xué)者項(xiàng)目,讓中國學(xué)者可進(jìn)入美國最尖端的高能物理實(shí)驗(yàn)室工作。葉銘漢因該項(xiàng)目于1979年底到普林斯頓大學(xué)做訪問學(xué)者,1981年又到猶他大學(xué)做訪問教授。在美國邊工作邊學(xué)習(xí),他切實(shí)感受到中美之間的差距,但也更確信:“只要條件允許,我們一樣也能做到。”?

  1982年,葉銘漢回國擔(dān)任高能所物理一室主任,全面負(fù)責(zé)北京正負(fù)電子對撞機(jī)的“眼睛”——大型粒子探測器“北京譜儀”的研制;1984年升任高能所所長,領(lǐng)導(dǎo)全所建設(shè)北京正負(fù)電子對撞機(jī)。?

  葉銘漢稱,北京正負(fù)電子對撞機(jī)趕上了“天時(shí)地利人和”?!疤鞎r(shí)”是改革開放,包括達(dá)成中美高能物理合作協(xié)議,使一些國內(nèi)當(dāng)時(shí)無法生產(chǎn)的材料可在美國購買,一些研制中的問題可與美國專家討論?!暗乩笔茄芯克O(shè)在北京,國家又對該項(xiàng)目大力支持,經(jīng)費(fèi)、物資等均優(yōu)先照顧?!叭撕汀笔钱?dāng)時(shí)有一批高水平人才,大家不計(jì)名利、團(tuán)結(jié)一心地忘我工作。?

  1988年10月16日,北京正負(fù)電子對撞機(jī)首次實(shí)現(xiàn)正負(fù)電子束對撞,中國終于擁有了最先進(jìn)的研究物質(zhì)微觀世界的“武器”,被稱作“中國繼原子彈和氫彈爆炸成功、人造衛(wèi)星上天之后,在高科技領(lǐng)域又一重大突破性成就”。1990年,“北京正負(fù)電子對撞機(jī)與北京譜儀”獲國家科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)。?

  一輩子都要學(xué)習(xí)?

  葉銘漢生性內(nèi)斂,從未有過定要做出何等成就之類的“雄心”。在教育子女時(shí),與許多望子成龍的家長不同,他對孩子直言“不必爭取第一”,理由是:“總想爭第一,太計(jì)較分?jǐn)?shù)了,可能反而學(xué)不好,只要盡自己的努力就可以了?!?

  在科研方面,葉銘漢受錢三強(qiáng)、趙忠堯等恩師影響最大的是,解決問題要服從科學(xué)的方法,要嚴(yán)謹(jǐn);還要積極發(fā)動(dòng)大家的力量。無論當(dāng)“大組長”、室主任還是所長,他都堅(jiān)持“盡量放權(quán),不瞎指揮”,遇到難以決定的事,則由他來作決定和負(fù)責(zé)任,“讓大家放心做”。?

  葉銘漢于1995年當(dāng)選中國工程院院士,1996年后擔(dān)任中國高等科學(xué)技術(shù)中心學(xué)術(shù)主任。至今,他仍在堅(jiān)持工作,最關(guān)心的還是中國粒子物理的發(fā)展。他說,作為一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科,粒子物理的發(fā)展史是實(shí)驗(yàn)與理論不斷相互促進(jìn)的歷史,也是人類對物質(zhì)世界認(rèn)識不斷深化的歷史。它看似離人們的生活較遠(yuǎn),但物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的研究是各學(xué)科研究的基礎(chǔ),激光、通信、新材料、生物、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)等學(xué)科的許多新技術(shù)都由原子物理學(xué)的成果轉(zhuǎn)化而來。例如萬維網(wǎng),最早就誕生于高能物理領(lǐng)域。?

  “中國必須在世界高科技領(lǐng)域占有一席之地。”這是鄧小平當(dāng)年參觀北京正負(fù)電子對撞機(jī)時(shí)所說的話。葉銘漢說,如今這“一席之地”已穩(wěn)穩(wěn)占住。北京正負(fù)電子對撞機(jī)自建成運(yùn)行以來,已取得一系列國際先進(jìn)水平的成果,并經(jīng)過一系列改造,其亮度又比從前提高近百倍,是國際最先進(jìn)的對撞機(jī)之一。他還指出,目前,世界規(guī)模最大的粒子物理研究機(jī)構(gòu)是歐洲核子研究中心,未來中國的粒子物理如何發(fā)展,是否要建一個(gè)類似規(guī)模的中心,以及如何合理改進(jìn)基礎(chǔ)研究的評審方法和管理體制等,是中國物理學(xué)界當(dāng)前需考慮的問題。?

  “人一輩子都要學(xué)習(xí)。技術(shù)發(fā)展很快,問題擺在面前,新東西、新發(fā)現(xiàn)會(huì)不斷出現(xiàn)?!比~銘漢告訴記者,“最近,我剛買了一個(gè)智能手機(jī)玩玩,打算用一下微信。不過,我不喜歡一天到晚總看手機(jī),因?yàn)槲夜ぷ鲿r(shí)不希望總被打擾?!?


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