高能起步时的往事回首（郑志鹏）.pdf

高能起步时的往事回首 郑志鹏 时间过得真快，中科院高能物 出希望他为中国培养科学人才， 站来接我们了，他直接将我们带 理所于 1973 年成立，成立大会时 他满口答应了，说：“第一批先送 到德国电子同步加速器研究中心 的场面还历历在目，可是一晃已过 十人来到我实验室工作、学习。” （DESY）。在安排好我们的住处后， 没想到，我有幸成为这十人之 他对我们说：“明天上午 9 点，在 去 40 年了。 40 年来由于几代“高能人” 一，当时心中又兴奋，又紧张。兴 的努力，高能所的面貌发生了巨大 奋的是，能得到诺贝尔奖获得者的 第二天开的是全组大会，当时 的变化，中国高能事业正如邓小平 培养；紧张的是，听说丁肇中要求 小组人不多，三十人左右，以麻省 所期待的，已在世界高能物理领域 极严格，不知我能否胜任。 理工学院成员为主，是由美国人、 会议室开会。” 占有一席之地。不但在高能物理领 因为是“文革”以后第一批出 德国人等组成的国际合作小组。丁 域，而且在与其相关的多学科领域 国学习，国家特别重视。出国前， 肇中首先对我们新来的 6 人表示 也得到了长足的发展，高能所已成 方毅副总理到高能所接见了我们第 欢迎，同时讲了我们将要建造的 为世界上有影响的高能物理基地 一批先行的 6 人，叮嘱我们：勤奋 Mark J 探测器的结构，建造时间表 之一。 学习，努力工作，学成回国，为祖 以及近期的工作安排和分工。他讲 国的科学事业服务。 话后进行了小组讨论。会上大家都 一定有许多人想了解：中国的 高能事业是如何起步的？是如何一 1978 年 元 旦 刚 过， 我 们 6 人 讲英语，我和大多数中国去的同事 步步的走过来的？作为参与者，我 从北京乘机飞往巴黎，由巴黎转乘 仅能听懂些单词，只能靠猜测来了 想通过对往事的回忆，从一个侧面， 火车到波恩，在中国驻德大使馆停 解大概意思。 从我经历过的几件事情，为这段历 留一天后，再乘火车抵达汉堡。下 到 DESY 的 第 二 天 紧 张 的 工 史提供一些资料。 火车后我们发现丁肇中已在火车 作就开始了。为了赶在 PETRA 加 一、Mark J 探测器 高能所成立之初，就很重视对 年轻人的培养，开设各种各样的培 训活动，如英语学习班，专业讲座 和学术报告。 1975 年丁肇中教授 （图 1）到高能所作报告，受到了热烈 的欢迎。我对其发现的新粒子感到 十分好奇，被他在德国汉 堡 新 的 高 能物 理实 验 计 划 深深 吸引。 1977 年，他在获得诺贝尔物 理学奖之后不久再次访问中国， 受到了邓小平的接见。邓小平提 25 卷第 2 期 ( 总 146 期 ) 图1 1991 年，丁肇中教授（右）访问高能所时与作者合影 •5 • 速器出束前造好 Mark J 探测器， 另一件印象很深的事是，一 只剩下一年多的时间，因此不得不 天，丁肇中布置给我一个任务，让 夜以继日地工作。丁肇中带头，大 我按他给出的图纸制备出供量能器 不久，就在这台探测器上取得 家每天从早上 9 点一直干到半夜 所需光电倍增管的分压器。在认真 了胶子喷注发现的出色工作，大家 12 点，除了睡觉、吃饭以外，大 进行了调研和计算之后，我发现该 辛苦了一年多，在实践中学习到了 部分时间都是工作。星期六、星期 线路设计不尽合理，可能会对能量 许多高能探测器的前沿知识，提高 日、节假日也不例外。因为当时年 线性范围有影响。考虑再三后，我 了我们的动手能力。同时，从丁肇 轻，想多学些东西，早日完成自己 如实向丁肇中说出了我的想法。他 中身上学习到了严谨、执着的精神 承担的任务，也就很快适应下来了。 说：你可按你的想法重新设计一个 和作风，对以后回国参加北京谱仪 好地完成了各自的任务，丁肇中对 我们的工作给予肯定和赞赏。 我们 6 人分到了不同的小组， 新的分压器。然后按不同设计制备 我参加大面积闪烁计数器的制备、 好两个分压器到实验中去比较。我 测试和数千个光电倍增管测试的工 很快完成了任务，他就拿着这两个 作。这是我第一次接触这方面的工 分压器以及光电倍增管和我一起来 作，没有时间系统地学习，只好边 到实验束大厅测试。几个小时后， 从丁肇中那里回来不久，中国 干边学，不懂就问同一个课题组的 结果出来了，数据显示出我设计的 政 府 批 准 了 建 造 一 台 2×2.2 GeV 两个美国人和一个德国人。他们都 那个具有更大的线性范围。他看到 正负电子对撞机的方案，我们的心 很热情，有问必答。我从他们那里 实验结果后对我说：“所有的几百 情无比激动，终于中国也将有自己 学到了不少东西，很快熟悉了环境， 个量能器光电倍增管分压器都按你 的高能加速器和探测器了。与北京 投入紧张的工作。 正负电子对撞机（BEPC）配套的 为了提高我们的理论水平，丁 肇中请了几位 DESY 的理论家给我 设计的做。”我为他能采纳自己的 的建造大有裨益。 二、北京谱仪 设计而高兴，同时也为他尊重科学、 是一台称为北京谱仪（BES）的探 实事求是的作风而感动。 测器，正负电子对撞后产生的粒子 们讲粒子物理进展。为了提高我们 一年多的时间，一个性能良 要在这里进行分析、研究。能否出 的英语表达能力，他请他的秘书和 好的庞然大物——Mark J 探测器矗 来好的物理成果，谱仪的性能至关 他的两个女儿给我们上英语课。 立在谱仪大厅里，这是全体 Mark J 重要。 工作了不长时间就遇到了一 小组同事们汗水的结晶，其中包括 北京谱仪的设计和建造由叶 件事情：丁肇中安排我们同来的一 了我们中国同事的贡献。我们都很 铭汉负责（图 2），他和同事们经 位中国同事单独到城里办事，这位 同事感到很为难，在再三询问下， 他才如实告之：我们有外事规定， 中国人外出必须两人以上同行。丁 感到很费解，不知为何有此规定。 他马上打电话到中国使馆找到了张 大使询问，知道的确有此规定。但 张大使又说：这条规定可以在丁先 生你那里不执行。丁肇中和我们都 很高兴，可以不受此条外事规定 的限制，给以后的工作带来了很 大方便。 •6 • 图2 叶铭汉（中）、李金（右）与作者讨论 BES 工作 现代物理知识 己的那份任务，实现中国有自己的 高能基地的梦想。 1982 年，我负责北京谱仪飞 行时间计数器的研制，1986 年负 责北京谱仪的建造、安装和调试， 经历了谱仪建造的全过程，有成功 时的快乐，也有挫折时的烦心，印 象较深的有下面几件事： 1. 磁铁线圈在原子能研究所造 好后，经过测试，性能很好，大家 都很高兴。可是，如何运往高能所？ 大家却犯了愁，原因是装车后发现 图3 总装中的北京谱仪 总高度已超过途经的几座桥洞的限 高。正在大家一筹莫展时，张厚英 过大量的调查研究决定参考当时 为我们生产精度要求很高的主漂移 找来一张详细的北京市区交通图， 在同能区中最先进的 Mark Ⅲ 探测 室的端盖板，还落实了在上海飞机 研究了一条绕行的路线，避开几个 器，争取在探测器的结构、性能、 制造厂生产簇射计数器，在天津造 限高的桥洞，多花了几个小时，终 数据获取、物理分析以及总体性能 船厂生产大型磁铁，在原子能研究 于运达了谱仪大厅。 方面要保持先进性。由于经费和当 所生产大线圈…… 2. 1988 年，上百吨重的簇射 时加工水平的限制，我们要付出更 建造簇射计数器所用的铝方 计数器在经过几个月的辛勤劳动之 多的努力才能做到这一点。在设计 管，先要到哈尔滨铝厂定制圆铝 后组装好了大部分，但在测试其强 之初我们曾考虑过用无机闪烁体来 管，再运到上海加工厂将圆管冷拉 度时，发现在铅桶和计数器之间产 建造簇射计数器，这样会有很好的 成所需的方型铝管，最后到上海飞 生了滑移，大家都十分着急。为了 能量分辨率，但因经费超标，只好 机制造厂将方铝管和铅板热压在一 确保质量，不得不最后决定拆掉后 作罢。 起，而铅板则是在甘肃一个厂子特 重装。我们找到了层间滑移的原因， 制的。 加强了钢筋的拉力，从零开始，又 BES( 图 3) 是由亮度检测器、 中心漂移室、主漂移室、飞行时间 为了保证质量和进度，许多同 计数器、簇射计数器、m 子计数器 事只得长期驻厂，及时与工厂的工 及大型磁铁、线圈构成，体积大约 人、技术员在一起解决技术难题。 为 5×5×5 m ， 重 500 t。 首 先 要 3. 1988 年 10 月的一天，叶铭 他们长时间生活在艰苦的条件下， 汉来找我，说：“近日要开始中美 保证每个分部件的指标先进、精准 远离亲人，为工程作出了奉献。 高能会谈了，美方专家正在北京， 3 才能做到整个谱仪的优良性能。 花了三个月时间，终于把簇射计数 器重新装好，确保了安装强度。 为了保证北京谱仪保质、按 如果此时能实现正负电子对撞将是 我们遇到的第一个难题是加 时完成，大家都很辛苦，每天工作 一个很适当时间。但正负电子能否 工问题，即谱仪分部件指标的先进 十多小时，几乎没有节假日，连春 对撞的最直接证据是由北京谱仪给 性与当年（20 世纪 80 年代）加工 节都在加班。那时工资水平很低 出的，希望你抓好这项工作。”我 水平的差距，使得我们当时在全国 （一二百元），奖金很少（最早一 立刻找到了负责亮度监测器的同事 很难找到合适的厂家。后来花了很 月 5 元，后来加到 15 元），可是 们，他们已在谱仪厅调试了好几 大力气，才找到贵州某军工厂愿意 人心很齐，都想尽力完成好交给自 天。我们一起商量如何区别信号和 25 卷第 2 期 ( 总 146 期 ) •7 • 出物理成果。当时感到最薄弱的力 噪音，一起找寻在大本底下观察到 这样的高温下线圈绝缘是否受到伤 弱信号的方法，并与北京正负电子 害？如果绝缘坏了，线圈需要重做， 量是物理分析队伍，为此，一部分 对撞机（BEPC）值班同事紧密配 至少将取数计划推迟一年，后果不 合记录下单束运行的本底和对撞时 堪设想。抱着这种忐忑不安的心情， 进入角色，加强了数据分析力量。 亮度监测器的变化。经过几个昼夜 我只好赶快搬救兵，第一个找的是 一开始，谱仪能量放在 J/y 上， 的连续调试，我们终于摸到了规律。 值班主任李金，好在他就住在大院 一方面对谱仪进行刻度，另一方面 1988 年 10 月 6 日凌晨，当值班室 里，我气喘噓嘘地爬上他所住的五 收集数据以便进行 J/y 物理分析。 通 知 我 们 BEPC 已 处 于 对 撞 模 式 楼，把他叫醒，寻找对策。等天一 1991 年下半年，一个国际高 时，我们在亮度监测器上明显看到 亮，再叫负责线圈的同事过来一起 能物理界关注的信息传到了我们这 了正负电子散射（巴巴散射）信号， 测试线圈电阻，发现阻值没变，才 里：根据当时所测到的 t 轻子寿命 搞硬件的同事及时转了过来，很快 而且计数随时间不断增长，而在单 稍许放心。后来又重新运行了几次， 与它的衰变分支比的数据，发现了 束运行时，信号就没有了，从而证 最后确定线圈安全无恙，心里的一 一个很大的问题：如果 t 轻子质量 实了信号的确是正负电子发生对撞 块石头终于落地。 测量是正确的话，那么大家所公认 的结果，不是噪音。反复多次，都 5. 谱仪运行了一段时间后，一 的轻子普适性原理就破坏了，这将 是如此，于是我们确认，BEPC 的 次突然发现主漂移室的两个电极丝 是一个很大的理论挑战。可能的解 正负电子的确是对撞了。我们把这 断了，碰到了周围其他的电极丝， 释，一是出现了新的物理，轻子普 一消息通知了 BEPC 值班室，他们 造成短路，致使主漂移室加不上高 适性不再成立。二是以前测量的 t 都赶到谱仪厅观看不断上升的巴巴 压，不能正常运行。我们只得停下 轻子质量测量值有问题。我和北京 散射信号。大家高兴得跳了起来， 来检修，想办法将断丝抽出来，但 谱仪的同事都十分关注这一问题。 一夜的疲劳也随之驱散了。我在第 有一定难度，办法一时没有找到。 并跃跃欲试，想在我们这里重新测 一时间通知了叶铭汉，他天一亮就 正在烦恼时，一天晚上的十一点左 量 t 轻子质量。感兴趣的几位同事 来到了 BEPC 运行室和谱仪大厅， 右，我突然接到了周光召院长的电 对 t 质量测量的历史进行了仔细的 对正负电子已对撞的事实进行了确 话，他严肃地说：“我听说你们的 调研，发现以前国际上有 4 个实验 认。这一消息很快就传到全所，并 谱仪出了事故，影响运行，是怎么 进行过测量，大多采用产生截面拟 通过媒体传到了全国。邓小平知道 回事？”我如实将情况告诉他，说： 合的方法，误差较大，不够准确。 后，与其他国家领导一起于 10 月 主漂移室一共有两万多根电极丝， 而 t 质量的值对轻子普适性又十分 24 日来参观了 BEPC/BES。 断了两根属于正常情况，现在麻烦 敏感，因此我们决定在 BES 上用 4. 1989 年一天的深夜，我被 的是，影响了正常运行，大家正想 新的方法重新精确测量 t 质量。用 电话铃声惊醒，接电话后，得知谱 办法解决。我很奇怪，这件事情怎 什 么 新 的 方 法， 几 经 讨 论， 大 家 仪出了问题。我穿上衣服直奔谱仪 么会这么快就反映到周院长那里。 倾向于用扫描方法，精确找到 t 产 大厅，一进去发现烟雾缭绕，水蒸 不久，大家终于想出一个办法，制 生 阈 的 能 量 值， 根 据 质 能 关 系： 气充满大厅。值班人员告诉我：“由 造了一种特殊的工具，最终将两根 E=mc2，以 t 产生的能量阈值来定 于几小时前的一次突然停电，致使 断丝夹了出来，解决了一场危机。 t 的质量。方法是新的，过去没用过， 但对加速器、探测器能量的稳定性， 线圈冷却水保护装置失灵，以至于 水温升高到冒热气时才发现，发现 三、t 轻子质量测量 能量的标定精度都要求很高，对我 们来说，这是一个极大的挑战。中 后已把线圈电源关闭。”听到值班 人员的汇报，见到满屋的蒸汽，我 北京谱仪建成以后，任务很明 方的物理学者都很有信心来迎接这 一下子惊呆了，两腿发软，不知在 确，就是：运行好，多取数据，早 一挑战。与 BES 合作组的美方科 •8 • 现代物理知识 我 在 1992 年、1993 年 代 表 竞争愈演愈烈的情况下，我们绝不 BES 合作组分别在海外华人物理大 能止步，一方面着手谱仪的升级改 实验前进行了多方面的准备， 会和国际轻子光子大会上宣布了在 造，另一方面构想我国高能物理的 学家沟通后，该方案也得到了他们 的支持和参与。 首先对北京谱仪进行了全面的检 BES 上进行的 τ 轻子质量测量结 修，使其工作处在最佳状态。对数 果，引起了极大的反响。听众热烈 据获取、离线分析系统也进行了改 的掌声是对 BES 结果的赞赏。 发展远景。 1993 年，BES 的 升 级 改 造 开 始了，与此同时对撞机亮度升级改 进、提高。对撞机、谱仪的长期稳 这一成果，震撼了国际高能物 造也在进行，经过几年的努力，升 定性、可靠性也有所提高。此外， 理界，被认为是 1992 年国际上最 级改造很成功。BEPC 的亮度提高 还进行了蒙特卡洛模拟，并对实验 好的粒子物理成果，被评为 1993 了两倍，升级后的 BESII 在更换了 步骤、实验条件和可能的结果进行 年 国 际 十 大 科 技 新 闻 之 一， 被 主要部件后，性能有很大改善；数 了研究。这是一次大胆的创新。 PDG（粒子数据小组）确认为粒子 据获取、触发判选、分析软件等系 实验开始时，第一点放在 t 质 物理界 50 年来的重要实验数据之 统性能有很大提高。在其上获得了 量世界平均值 1784 MeV 上，然后 一。BES 一炮打响，使国际高能物 一系列重要的物理成果，如 R 值的 不断逼近 t 的产生阈值。总共运行 理界认识了中国人。中国科学家感 精确测量，X（1835）新粒子的发 了 12 个点，用了几个月时间，采 到骄傲的是没有重蹈前苏联“只造 现等，这些成果以及 BESII 升级改 用 最 大 似 然 法， 对 质 量、 效 率 同 加速器，没有物理结果”的覆辙。 造过程已经总结成书：《北京谱议 时 拟 合， 求 到 t 质 量 的 精 确 值 为 1776.96+−0.31 0.27 （图 4），其中心值比 Ⅱ正负电子物理》（郑志鹏主编， 四、不懈的努力 中国科学技术大学出版社出版）。 从 1994 年起，在李政道教授 原 来 的 小 7 MeV， 精 确 度 提 高 了 t 质 量 测 量 之 后 ， BE S 又 在 和美国潘诺夫斯基教授的支持及国 我们的结果纠正了过去测量 J/y，y′等物理领域取得了一系列 内同行的积极参与下开始了 t-c 工 的偏差，确认了轻子普适性是成 成果。但大家清醒地认识到“逆水 厂（即工作在 t- 粲能区，利用双环、 立的。 行舟，不进则退”的道理，在国际 多束团、强流等技术达到更高亮度 10 倍。 的新一代正负电子对撞机）的预制 研究，并得到了政府的支持。大家 对 τ-c 工厂的初步设计（对撞机 和谱仪）物理目标进行了研究，获 得了许多成果，锻炼了队伍，为以 后的 BEPC Ⅱ /BES Ⅲ 的建造打下 了坚实的基础。 我们很高兴地看到 BEPC Ⅱ / BES Ⅲ 升级改造的成功，更高兴地 看到 BES Ⅲ 上取得的物理成果。我 们期待中国人牢牢地占领国际 t-c 领域的一席之地，做出世界一流的 成果。这是一个老高能人的祝福。 （中国科学院高能物理研究所 图4 25 卷第 2 期 ( 总 146 期 ) t 轻子质量测量的双参数拟合图 100049） •9 •