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五十载回首 ——我和高能物理 黄 涛 2013 年是高能物理研究所成 当时社会主义阵营各国的代表于 月，所里筹备成立高能物理所，并 立 40 周年纪念，也是我从事高能 1956 年在莫斯科签署协议成立的， 于 1969 年 8 月提出了“698”方案， 物理研究 50 年。受《现代物理知识》 每个会员国需交纳相当数量的会员 即所谓的“超导、强流、质子、直线” 之约，写一点我记忆中的琐事和趣 费。它地处莫斯科州最北端一座著 八字方案。 事来表达心意以及对高能物理事业 名的国际科学城，拥有当时世界上 在 1964 年 8 月 21 ～ 31 日 举 的深厚感情。 功率最强大的 3 米回旋加速器和当 行的北京国际科学讨论会上，中国 时能量最高的 10 GeV 质子同步加 科学家报告了高能物理、原子核物 1963 年我毕业于北京大学物 速 器。1959 年， 王 淦 昌 先 生 领 导 理和快中子物理等方面的工作。日 理系，同年考取中国科学院原子能 的实验物理组在联合所发现了反西 本著名科学家坂田昌一参加了会 进入高能物理研究领域 研究所研究生，导师为朱洪元先生。 格玛粒子。 那时，基本粒子物理理论仅有张宗 议，受到毛主席接见并谈到基本粒 记得，1965 年上半年，有一天， 子物理中的哲学思想，这对当时做 燧、胡宁和朱洪元三位教授招收研 室主任朱洪元召集场论组 ① 全体人 基本粒子理论研究的人是极大的鼓 究生，而且朱洪元先生刚从苏联回 员开会并在会上对大家说：由于中 舞和促进，我们决心与国际水平找 国不久。从此，便开始了我的高能 苏关系恶化，我们撤回了所有在联 差距以便大干一场，并开始为做出 物理研究生涯，一干就是 50 年。 合所工作的研究人员，并不再交纳 成绩而深入调研。当时，有两个调 入所后，我才知道：理论物 每年成员国年费 2000 万元，五年 研工作值得提起：一是我们所理论 理研究室做基本粒子理论研究的 就是 1 亿元人民币，钱三强院长希 室朱洪元先生带领大家调研“量子 人，在 1959 年前后，曾有多人去 望大家调研一下，从物理上讲，利 力学如何建立？” 以便找出做原 苏联杜布纳联合核子研究所（以下 用 1 亿元经费可以建造什么样的加 始创新工作的思想要素；另一是 简称“联合所”）工作。联合所是 速器？要求拿出具体方案。对于我 北京大学胡宁先生领导的基本粒子 们这些刚入所的研究生，确实不知 理论组调研“基本粒子对称性理 从何做起，但跟着导师做了些调研， 论”，了解建立夸克模型的理论和 图1 • 32 • 1963 年北大未名湖畔 倒也认识到高能物理的发展要有自 实验基础。由于国家最高领导对基 己的实验基地，因为高能物理是由 本粒子研究的重视，我们研究组的 加速器物理、实验和理论物理三部 人没有下放参加当时的“四清”运 分组成的。后来，由于“文化大革 动，还调动已参加“四清”运动的 命”爆发，这项工作被迫停顿。但 人回所做研究。也由于深入调研， 是，我们所这三方面的研究人员一 北京 3 个单位（北京大学、中国科 直执著地为我国高能物理发展奋斗 学院数学研究所和原子能研究所） 着，在上级领导支持下，1968 年 2 基本粒子理论研究工作者定期举行 现代物理知识 研讨会，共同学习、研讨国际上的 的有科学价值的研究成果。当时， 地。尽管大院里当时没有一栋家属 最 新 进 展。1964 年， 盖 尔 曼 在 强 这些研究成果领先于国际上非相对 公寓，在所领导动员下，我们还是 子对称性理论基础上提出了夸克模 论夸克模型。不同单位的研究队伍 陆续从中关村搬了过来。可笑的是， 型，同时实验上测量了质子形状因 合作攻关的创新精神，非常值得称 为了让大家尽快搬家，还将“搬不 子，揭示了质子不是点粒子而是具 赞和传承，这在中国物理学史上也 搬到 19 号院”提到“法家和儒家 有一定大小的粒子，这使我们认识 是少见的。1966 年暑期讨论会后， 之争”的政治高度。我们理论室搬 到强子是有内部结构的。从这一物 层子模型由参加会议的萨拉姆和日 得最早，没有公寓住房，只好临时 理图像出发，朱先生首先从强子具 本科学家介绍到国外，著名科学家 居住在九号楼或办公楼内。在周总 有内部结构观念出发，引入内部结 温伯格说：“北京一个小组的理论 理批示的鼓舞下，加速器物理、高 构波函数，借用原子核理论中处理 物理学家长期以来坚持一种类型的 能物理实验和理论等三方面的科学 电磁跃迁和弱衰变的方法，研究了 夸克理论，但将其称之为层子，而 工作者聚在一起探讨我国应建什么 强子的电磁衰变和弱衰变过程，其 不称之为夸克，因为这些粒子代表 样的高能物理实验基地，来华访问 计算结果得到了实验数据的支持， 比普通强子更深一个层次的现实” 的国外科学家也参与了讨论，大家 首战告捷。朱先生的这一创新尝试 （见温伯格著《最初的三分钟》）。 提出了几种可能的方案，到 1977 极大地鼓舞了我们，随后便将内部 我参加了这项理论研究，实际上， 年底，终于形成了要在 1987 年建 结构推广到相对论波函数并应用 它也是我在导师指导下的研究生论 成 50 GeV 质子加速器的方案，上 于强子所满足的 SU(3) 对称性，于 文。这不仅使我熟悉了高能物理当 报获批后简称为“八七”工程，并 1965 ～ 1966 年间，发表了 3 本论 时的前沿课题，更重要的是，让我 选定在北京郊区昌平县建设我国第 文集，共 42 篇论文，建立了基本 掌握了研究方法，特别是，朱先生 一个高能物理实验基地。 粒子层子模型理论。概括地说，层 的直观的物理图像和娴熟的计算技 子模型理论是基于物质结构的层次 巧使我受益至今。 性，认为基本粒子并不基本，强子 高能物理研究所成立前后 1974 年，《物理学报》复刊。 我和何祚庥合作完成的一系列关于 “复合粒子场论”论文得以在《物 是由下一层次的层子组成的，并以 1971 ～ 1972 年间，杨振宁、 理学报》发表。从 20 世纪 50 年代 层子为对象引入相对论性束缚态波 李政道两位诺贝尔物理学奖获得者 开始，国家就不允许将论文送到国 函数来描述强子参与的各种过程。 先后访问北京，受到了毛主席和周 外学术期刊发表，物理学诸多分支 “文化大革命”爆发后，国内学术 总理接见，李、杨二位先生特别提 学科都挤在这一学术期刊发表论 期刊全部停刊，也不允许将文章送 到要重视基础理论研究，毛主席也 文。面对高能物理研究蓬勃发展的 到国外期刊发表，在这样的情况下， 着重指出了基本粒子研究的哲学意 需要，朱先生提出创办《高能物理 我们写好的论文也无处发表。幸好， 义，这促使以张文裕先生为首的多 和核物理》学术期刊和《高能物理》 在钱三强和周培源两位老前辈和老 位科学家给周总理写信，希望高能 科普期刊。《高能物理》于 1976 领导的关怀和干预下，这 42 篇论 物理项目能得到中央进一步的支 年 9 月创刊；《高能物理和核物理》 文得以在第二机械工业部主管的 持。1972 年 9 月 11 日，周总理批示： 于 1977 年初创刊，主编都是朱洪 《原子能》杂志和《北京大学学报》 “ 这 件 事 不 能 再 延 迟 了”。1973 元。《高能物理》杂志创刊后在普 上发表。后来，这 3 个单位 39 人 年 1 月，在原子能研究所中关村分 及微观物理知识和宣传高能物理学 的队伍被称为“北京基本粒子理论 部的基础上，成立了中国科学院高 科方面都起了重要作用。1986 年， 组”，并采用集体署名的方式在北 能物理研究所。随后，选定了中国 我 接 任《 高 能 物 理》 主 编（1986 京科学讨论会 1966 年暑期物理讨 科技大学原校址——玉泉路 19 号 年前主编是汪容教授）；1989 年 1 论会上报告了层子模型理论所取得 院为我国发展高能物理的研究基 月，考虑到高能物理发展与物理学 25 卷第 1 期 ( 总 145 期 ) • 33 • 其他学科发展紧密相关，我征求了 编委会意见后建议将《高能物理》 杂志改名为《现代物理知识》。 在建设我国第一个高能物理 实验基地的推动下，高能物理研究 领域的各种学术活动日渐活跃，例 如，1977 年 8 月 初， 在 黄 山 举 行 的基本粒子理论会议上，首次将全 国基本粒子理论工作者聚集在一起 交流研究心得，杨振宁先生参加了 会议并做了报告。 1978 年，随着改革开放带来 了科学的春天，在年初的全国科学 图 3 参加会议 大会上，高能物理被列为全国八大 重要科技领域和带头学科之一。八 收入了我介绍高能物理的报告。 任命朱洪元为高能所第一副所长， 个领域和学科分别是农业、能源、 1978 年 5 月，中国科学院成 材料、电子计算机、激光、空间、 立理论物理研究所。成立之前，科 高能物理、遗传工程。当时社会上 学院领导曾有意邀请朱洪元先生当 1978 年 8 月， 我 国 科 学 家 首 对高能物理很陌生，不知道高能物 所长，并将高能所理论室主要骨干 次参加了在东京举办的第 19 届国 理的研究内容及其重要性。“高能 一起带过去。张文裕所长获悉后， 际高能物理大会。在这之前一直是 物理”迅速成为当时的热门话题， 非常不高兴，发脾气说：高能物理 只有台湾科学家参加历届高能物理 我曾有幸被多家单位邀请去做高能 所必须要有强的理论室，理论、实 会议，我国政府从政治上考虑不允 物理的科普报告，至今我还保留着 验、加速器是高能物理发展不可或 许在任何国际会议上出现“两个中 一本国防大学出版的小册子，其中 缺的三个组成部分。此后不久，便 国”或“一中一台”，因此只要有 理论室也得以保存、发展。 首次参加国际高能物理会议 台湾科学家参加的国际会议，即使 邀请了我们，也绝不能与会，除非 主办方不邀请台湾科学家。在新的 形势下，我国政府和科学界领导做 出一个重大决定：只要不出现“两 个中国”问题，便可参加国际纯粹 和应用物理联合会（IUPAP）组织 的大型国际会议。经过国际友好人 士和会议主席西川哲治努力，规定 参会每位科学家的胸卡只标记城市 名而不提国名，我国政府接受了这 一方案并派出了以朱洪元为团长的 5 人代表团（成员还有胡宁、叶铭 图2 • 34 • 张文裕所长送代表团到机场 汉、戴元本、黄涛）参加此次国际 现代物理知识 会议。出发前，科学院外事局专门 组织我们学习有关文件和注意事项， 特别强调：要注意保持与我国驻日 使馆联系，不能允许出现“两个中国” 问题，张文裕所长和所党委李滔书 记还特地亲自送我们到北京机场。 抵达东京后，我们立即便与使馆取 得了联系并作了汇报。使馆领导要 我们在会议期间与他们保持联系并 及时汇报情况。当我们出现在国际 高能物理大会会场时，受到了与会 科学家的欢迎和日本媒体的高度关 注，日本记者总想偷拍到我国代表 团成员与台湾科学家在一起的照片。 有一次，仅有我与台湾科学 图 4 与日本友人合影 家两人同处于一个电梯内，也不敢 说一句话。朱先生在会上作了“关 于中国高能物理初步规划”的报告， 引起了国际上各大实验室科学家的 兴趣和重视。大会闭幕时，高德瓦 沙在会议总结报告中还专门提到这 次会议是第一次在亚洲召开、第一 次有中国科学家参加的国际高能物 理会议。特别应当指出的是，会议 报告绝大多数是电弱统一模型和量 子色动力学两方面理论及其实验检 验的进展情况，对我们冲击很大， 感到了多年来与世隔绝的差距。电 弱统一模型和量子色动力学理论构 图 5 与参会华人科学家聚餐（中间坐位上是杨振宁先生） 成了粒子物理中标准模型理论，它 能物理研究所、东京大学等著名研 们 分 别 是 1967 年 和 1973 年 建 立 究机构和学府，国际著名物理学家、 很多国际高能物理新进展，8 月从 的，而我们在研究生毕业后被迫下 诺贝尔物理学奖获得者朝永振一郎 东京回国向领导汇报了会议情况 放劳动和闹革命，耽误了最有精力 还在东京国际俱乐部宴请了我们。 后，中科院领导立即筹备于 11 月 做研究的大好时光。正是这次会议 当时日本经济已很发达，与刚改革 在桂林召开国内粒子物理理论研讨 开创了我国科学家参加国际会议的 开放的中国相比差距很大，那时我 会，听取参加东京会议的代表介绍 先例，经杨振宁先生精心安排，我 们一家 5 口人还挤在 18 平方米的 国际动态，研讨在改革开放的形势 们还与参会华人科学家聚餐叙情； 东平房小屋。当我乘坐日本高速火 下我国高能物理发展如何走自己的 会议结束后，我们还参观了日本高 车来往各大城市参观访问时感触至 路。钱三强副院长参加了这次会议， 25 卷第 1 期 ( 总 145 期 ) 深。由于从这次国际会议上了解到 • 35 • 上报告。1978 年开始的一系列长 期和短期的学术交流，极大地缩短 和弥补了由于“文革”造成的国内 科研水平落后于国际先进水平的差 距，为我国高能物理实验和理论培 养了一批科研人才。 1980 年底，原来宣传发现有 十个大庆油田的大跃进形势起了变 化，国民经济计划调整致使“八七” 工程下马，高能物理实验基地向何 处去？ 1981 年 3 月，朱洪元和谢 家麟两位副所长访问美国，听取了 李 政 道 教 授 和 SLAC 的 潘 诺 夫 斯 基教授的建议，考虑到我国国情和 国际高能物理发展的需要，建造 一台类似于 SLAC 的正负电子对 图6 1979 年 8 月国际高能轻子 - 光子会议（左一为黄涛） 撞机 (SPEAR，这台机器里克特曾 使得会议级别提高了很多，桂林市 上著名的研究机构和大学。李政道 于 1974 年发现粲粒子 ) 但亮度要 政府还派了公安干部负责保卫工 教授在北京系统地讲授粒子物理、 高于它的正负电子对撞机。朱、谢 作。1979 年 8 月， 在 周 光 召 先 生 量子场论和统计物理后，还专门安 两位还在纽约的时候，我们这些在 带领下，伍经元、李炳安和我又参 排高能物理理论和实验以及加速器 SLAC 的、 由 高 能 所 派 出 的 15 位 加了在美国费米国家实验室召开的 方面的科研工作者以访问学者身 理论和实验方面的访问学者就已经 国际高能轻子 - 光子会议，在会上 份去美国做访问研究。例如，1979 接到通知，要在朱、谢访问 SLAC 听到了德国汉堡 DESY 的 PETRA 年我们去斯坦福直线加速器中心 时组织一个粲粒子物理研讨会，并 对撞机的三个实验组发现了三喷注 (SLAC) 的高能物理理论和实验的 要求我们配合做好准备工作。此次 事例证实了量子色动力学中胶子存 访问学者大约就有 15 人。丁肇中 会议主要由 SLAC 曾在 SPEAR 机 在。那时出国参加会议必须遵守许 教授也安排了一批中国高能物理工 器上做实验的 MarkIII 组报告在 t- 多规定和纪律，例如出国前要组团 作者参加他的实验研究，例如唐孝 粲能区已取得的成果以及可能潜在 学习文件，在国外必须二人同行等。 威率领的多名中国高能物理工作 的重要物理问题，从而论证在这一 从那以后，赴国外参加国际学术会 者于 1978 年年初起被派往 DESY 能区建造一台 4.4 GeV 正负电子对 议便进入常态。 的 Mark J 组进修和做长期合作研 撞机的科学意义。记得有一天诺贝 究。当时，国内特别缺乏做高能物 尔物理学奖获得者里克特打电话给 1979 年 1 月，在邓小平访美 理实验研究的人，仅有的就是在杜 我要约请朱洪元谈方案，我陪朱先 以后，方毅副总理指示：由我国政 布纳工作过的王淦昌实验物理组的 生去到他的办公室后，他建议我国 府出资派出一批访问学者自带经费 成员。我在 SLAC 理论室与布罗德 正负电子对撞机的能量提高到 10 去美国、欧洲、日本等国家的著名 斯 基（S.Brodsky） 合 作 在 量 子 色 GeV 不仅可研究粲粒子还可研究 B 国家实验室和高等学府学习和工 动力学方面研究完成了数篇文章， 介子，物理上更有意义。朱先生向 作，这样，我们可以自主选择国际 1980 年应邀在国际高能物理会议 他解释，我国经费和技术条件所限 终于等到了这一天 • 36 • 现代物理知识 转。1986 年， 我 开 始 担 任 理 论 室 主任，所领导明确要求我组织调研： 如 何 在 BEPC 上 做 出 高 水 平 的 物 理成果，并提出具体的物理方案。 那时，理论和实验两个室的部分人 员定期两周一次地研讨 BEPC 物理 方案，其研究报告后来为北京谱仪 (BES) 实验组采用和实施。例如， 1987 年 6 月，在北京由中国高等 科技中心举办的“粲物理国际研讨 会”上我作的报告《BEPC 上的粲 物理》就是基于理论和实验定期研 图7 1980 年与布罗德斯基合影 讨会的总结。 1988 年 10 月，BEPC 建成后， 还 是 选 择 4.4 GeV 为 好。 我 们 15 馆采取报销制度加上每月 25 元的 理论和实验的合作仍然没有间断， 位在 SLAC 的理论和实验方面访问 零用钱，后来改为每月 400 元包干 在基金委支持下，我们“粲粒子物 学者，发挥了我们在 SLAC 实际工 的生活费。每月 400 元正好是当时 理研究”课题组取得了一些成绩， 作的优势条件，听取了国内、外科 美国的救济金，有些好心的华人主 并于 1991 年底被评为中国科学院 学家的建议，聚在一起于 3 月 10 动找我们要安排我们去打工挣钱。 “七五”重大科研任务先进工作集 日写了一个报告寄给国内有关领 就在这样的条件下访问学者们没有 体，我也被评为“七五”先进工作 导，建议在我国建造 t- 粲能区的 去打工挣钱，而是如饥似渴地学习 者。例如，BES 的第一个重要成果 正、负电子对撞机。后来 4 月又写 和工作，做出了成绩，改变了国际 是 1991 年关于 t 轻子质量精确测 了一个补充报告，包括物理、探测 同行们的看法。我于 1981 年 10 月 量，其中关于辐射修正的计算对精 器和电子学系统的建议供领导决策 回国，作为访问学者在 SLAC 工作 确测量很重要，例如我们课题组的 参考。朱、谢两位去美国时，带着 了两年多，追回了由于“文革”耽 吴济民教授利用重整化群改善了计 原先 50 GeV 质子加速器方案，回 误的时间，同时也掌握了国际高能 算精度，对此做出了贡献。顺便提 国时已彻底改变了想法。在整个过 物理最新进展，缩短了与国外同行 及，在当时经费很困难的情况下， 程中，李政道先生起了极其重要作 的差距，为回国后指导研究生、在 由于我们课题组参加了与 BES 实 用。此后，从决策到 BEPC 建造以 科研上承前启后打下了基础。 验相关的工作，每月可拿到 15 元 及做出国际水平成果，李政道先生 1984 年 10 月， 北 京 正 负 电 都为我国高能物理发展做出了不可 子对撞机（BEPC）工程在原来中 1992 年 4 月，我访问台湾研 磨灭的贡献。 国科大校区西边农村一片桃树林区 究院一个月，由于那时中国科学院 1979 年首批派出的访问学者， 破土动工后，我们都很兴奋，可以 尚少有访台先例，我花了半年时间 到美国后，工作和生活条件都比较 用一句话来形容：“终于等到了这 申请获批，从北京经深圳罗湖进香 艰苦。一方面，在与国际科学发展 一天”，有了我国自己的高能物理 港转赴台湾，路上走了 3 天时间， 隔绝了几十年后，国外科学家不了 实验基地。每当有国外的科学家和 从香港机场就有台湾特别人员关 解甚至怀疑中国访问学者的研究能 朋友访问高能所时，我们总会自豪 照，到达台湾桃园机场后，一出机 力；另一方面，在生活上，起初使 地戴着安全帽带领他们去工地转一 舱就被一神秘人员接走，带我过海 25 卷第 1 期 ( 总 145 期 ) 工程奖。 • 37 • 图8 作者访问台北时与著名物理学家吴大猷（左 3）以及 郑天佐所长 ( 左 1)、郑海扬（左 4）合影 物理手册的记录，使高 仪第 2 次升级改造（BES Ⅲ）上做 能所跻身于世界八大高 出了一系列的有重要意义的物理成 能物理实验室之列，在 果，使高能所在粲物理研究领域继 粲物理研究领域处于国 续保持国际领先地位。由于我国高 际领先地位。所有从事 能物理事业迅速发展，很多国外科 高能物理研究的人都期 学家参加了北京谱仪实验组工作， 望我国高能物理事业得 我国科学家也参加了很多国际大实 到持续发展，于是便从 验组的合作，并在国际合作项目中 战略上探讨下一步怎么 做出了重要贡献。随着我国在国际 走？ 1993 年， 我 接 任 高能物理领域话语权的不断提高， 所学术委员会主任后， 自 20 世纪 90 年代初在国际纯粹和 应用物理联合会（IUPAP）的粒子 关后才见到我在台湾的学术界朋 科学院基础局交给我一个为科学院 友。到研究院的第二天便受到吴大 制定“九五”规划的任务，负责组 猷院长 ( 李政道和杨振宁的老师 ) 织研讨高能物理下一步的发展方 的接见，当时他问了我一些内地的 案。1993 年 6 月， 在 一 次 国 际 研 情况，特别是北京正负电子对撞机 讨会上，欧洲西班牙提出要建造一 的情况。记得，在我谈到内地出国 台 高 亮 度（>1033cm － 2.s － 1）t- 粲 留学人才流失的情况时，吴院长 工厂的计划②。面对国际竞争，摆 2011 年以来，在国家基金委 说：“ 不 要 着 急，20 年 后， 情 况 在北京正、负电子对撞机面前有 的支持下，中国物理学会高能物理 就会改变，台湾 20 年前也是这样， 三种选择：（1）建造一台亮度比 分会组织了多次高能物理战略研讨 现在很多人回到台湾”。如今离吴 BEPC 高 100 倍以上的 t- 粲工厂； 会，研讨下一步高能物理如何发 院长与我谈话时又经历了 20 年， （2）BEPC 升级改造；（3）转入 展？与会者在研讨会上提出了各种 情况确实改变了，引进的人才越来 全面的同步辐射应用。经过多次国 可能的方案，如大亚湾中微子二期 越多。吴院长还谈到他下月将访问 内和国际会议研讨，认为不应采纳 工程、建造一台希格斯（Higgs） 北京以及他耽心的问题，我立即写 第三种选择，至于第一和第二种选 工厂的机器、建造一台超级 t- 粲 信将情况反映给周光召院长。1992 择，也有很大的分歧意见。中科院 方案、建造一台 Z- 工厂方案等。 年 5 月，吴大猷来北京访问时，在 领导在征求多方意见后考虑到我国 在这些方案中，除大亚湾中微子二 李政道教授和周光召院长的安排 国情否定了 t- 粲工厂方案，1999 期工程已成熟可行外，其他几种方 下，参观了北京正负电子对撞机。 年向中央上报了《关于我国高能物 案正逐步形成工作小组认真细致研 此外，当我访问新竹清华大学时见 理和先进加速器发展目标的汇报》， 讨完善，以便为中科院领导考虑高 到了管惟炎教授 ( 曾任中国科学技 即北京正负电子对撞机重大改造工 能物理如何持续发展做出最终决策 术大学校长 )，我还向他介绍了两 程（BEPC Ⅱ）方案；2000 年经国 提供参考。 个月前邓小平在深圳的南巡讲话， 务院科教领导小组审议并通过了上 半个世纪过去了，我在高能 改革开放方针不变。 述汇报，同意对 BEPC 进行重大改 所度过 50 个春秋，对高能物理有 BES 关 于 t 轻 子 质 量 精 确 测 造。2004 年 1 月 至 2008 年 7 月， 深厚的感情。2012 年又传来了发 量和 R 值测量结果等在国际高能物 完成了北京正负电子对撞机重大改 现疑似希格斯粒子，从弱电统一模 理界受到了广泛的好评和重视，一 造工程，现在 BEPC Ⅱ亮度为改造 型提出以来人们寻找希格斯粒子 系列的实验结果刷新和增加了粒子 前的 65 倍。两年多来，在北京谱 达 45 年之久，它的发现最终完善 • 38 • 物理（C11）委员会一直都有一位 中国科学家任职参与决定大型国际 高能物理会议和大型国际合作项 目，我曾于 1999 ～ 2006 年是 C11 委员会的成员。 现代物理知识 AMS 为何最终放弃超导方案 国际空间站上的阿尔发磁谱 仪（Alpha Magnetic Spectrometer AMS）是太空中第一个大型高能粒 子探测器，用于探测反物质、暗物 质和宇宙线。本刊 2011 年第 5 期 曾有详细报道。AMS 先后有 2 种 型号：AMS01 和 AMS02。AMS01 用永久磁铁，场强约 0.15 T，重 3 吨， 早在 1998 年已在发现号航天飞机 上成功试飞过。AMS02 安置在国 际空间站上，原计划采用超导磁铁， 场强约 0.87 T，为此科学家们差不 多花了近 10 年功夫，却在 2010 年 离发射不到 1 年的时候决定放弃超 导方案，仍用 1998 年已经试飞考 验过的、场强较低的永磁方案。这 到底是为什么呢？ 此事实与国际太空站决定延 长其使用寿命至 2020 年、甚或更 长一事有关。超导磁铁的液氦冷剂 只够用 3 年，那等于说太空站剩下 的绝大部分时间里 AMS 都不能运 这台谱仪的动量分辨率将是超导方 行。 更 糟 的 是 2010 年 初 AMS 在 案的 10%。但由于延长了运行时间， 欧洲核子中心（CERN）的试验还 所采集到的数据将是超导方案的 6 暴露了探测器的发热比预期的更严 倍，这就提升了发现稀有宇宙线事 重即是说液氦冷剂的寿命将更短！ 件的机会，再则实验覆盖了一个完 但如果回到场强较低的永久磁铁， 整的太阳活动周期，有利于研究太 反对意见又认为那就不大像可以 阳对宇宙线通量的影响。 发现暗物质了，再则仓促之间阵 最终由奋进号航天飞机送上 前换将，乃兵家大忌，弄不好会出 国际空间站的是一台价值 20 亿美 事故的。 元、重 7 t、使用 0.15 T 永久磁铁 AMS 有可能可以探测到奇异 夸克团（strangelet）理论上假想的 的 AMS02，其圆柱形磁铁直径 1 米， 高 1 米。 （ 陈 仁 怀 编 译 自 Physics 由大量上夸克、下夸克和奇夸克聚 到一起的超高密度团块（clumps）。 World，2011 年 6 月） 这种新的物质形式最早是由威滕 （Edward Witten） 于 1984 年 所 提 封底照片说明： 出的，但尚未被实验证实。科学家 这是由美国宇航局的太阳动力 相信高能宇宙线打到地球大气层时 学观测卫星拍摄到的太阳爆发， 是有可能产生奇异夸克团的。预期 利用电脑对照片进行制作的拼图， 奇异夸克团具有极大的质量电荷 图片展示了不同波长观测条件下看 比，因此当它经过 AMS 时几乎是 到的太阳表面。这次太阳爆发的高 直线穿过。AMS 用了很多层的硅 度达到 144 km，证明所谓的“磁 板放到磁铁的孔径内以定位粒子飞 辫”将出现爆发的区域的温度加热 过谱仪时的位置，为了适应磁铁的 到 400 万℃，爆发景象十分壮观， 变化（改回永磁），AMS 小组把 这是迄今为止解析度最高的太阳 2 层硅板移到磁铁孔径外面，最后 影像。 了粒子物理标准模型理论。当然标 今高能所已是国际上屈指可数的国 准模型框架内还有很多待解决的问 家实验室，加速器、实验、理论队 题，例如夸克禁闭、物理真空性质 伍发展壮大，大亚湾中微子实验结 以及寻找超出于标准模型的新物理 果震动国际高能物理界，很多中、 等仍然是粒子物理中面临的新挑 青年科学家承担重任并做出了许多 ① 当时理论物理研究室分为两个大 战。当年为北京正负电子对撞机工 具有国际水平的成果。科研条件大 组：一是研究基本粒子物理理论的“场论 程奋斗的人绝大多数已退休多年， 大改善、研究经费成百倍增长，我 知足地安度晚年，但仍然还关心着 衷心祝愿我国高能物理事业在未来 我国高能物理事业持续发展。如 10 ～ 20 年内实现新的飞跃。 25 卷第 1 期 ( 总 145 期 ) （中国科学院高能物理研究 所 100049） 组”；另一是研究原子核物理理论的“核 理论组”。 ② 所谓工厂，指的是机器亮度高并 可大量产生该能区可观察的粒子。 • 39 •