他是我國(guó)宇宙線物理的創(chuàng)始人之一，主持建立了我國(guó)第一個(gè)高山宇宙線觀測(cè)站；他是我國(guó)最早將現(xiàn)代數(shù)理統(tǒng)計(jì)和計(jì)算機(jī)技術(shù)引入高能物理實(shí)驗(yàn)，并將其應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理分析的開拓者；他畢生致力于宇宙線和高能實(shí)驗(yàn)物理研究，為實(shí)驗(yàn)物理培養(yǎng)了一批杰出的科學(xué)研究人才。他就是我國(guó)著名宇宙線物理學(xué)家和高能物理學(xué)家——蕭健。

　　蕭健先生1920年7月19日出生于長(zhǎng)沙，1944年夏畢業(yè)于西南聯(lián)大物理系，1947年獲資助赴美深造，1950年回到祖國(guó)。1980年當(dāng)選為中國(guó)科學(xué)院學(xué)部委員（院士），主要從事基本粒子物理實(shí)驗(yàn)方面的研究并取得重要成果。

　　他負(fù)責(zé)籌建了云南落雪山中國(guó)早期的宇宙線觀測(cè)站，并領(lǐng)導(dǎo)開展了宇宙線強(qiáng)度的觀測(cè)研究，負(fù)責(zé)磁云室的設(shè)計(jì)與建造，負(fù)責(zé)研制了中國(guó)科學(xué)考察衛(wèi)星用的第一臺(tái)宇宙線探測(cè)儀器并提出了相應(yīng)的觀測(cè)研究課題，組織領(lǐng)導(dǎo)了云南高山站大云室系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造和調(diào)試等工作，在宇宙線粒子物理方面獲多項(xiàng)成果。

　　今天正值蕭健先生誕辰98周年紀(jì)念日，謹(jǐn)以這篇介紹我國(guó)宇宙線研究的文章，緬懷先生，為祖國(guó)的實(shí)驗(yàn)科學(xué)打基礎(chǔ)，為祖國(guó)的科學(xué)事業(yè)創(chuàng)業(yè)鋪路。

我國(guó)第一個(gè)高山宇宙線實(shí)驗(yàn)站

　　我國(guó)的宇宙線研究大體可以分為三個(gè)階段。

　　從建國(guó)初期到1973年左右，大體可看成宇宙線研究的第一階段，側(cè)重于以云霧室為主要探測(cè)工具的高能宇宙線相互作用的研究和奇異粒子的尋找。

　　1954年在云南落雪山海拔3180米處建設(shè)了我國(guó)第一個(gè)高山宇宙線實(shí)驗(yàn)站。安裝了核物理學(xué)家趙忠堯、王淦昌從美國(guó)帶回的50cm多板云室，建造了30cm磁云室。用這兩個(gè)小云室探測(cè)到700多個(gè)Λ0超子和 K0s（θ0）介子事例并對(duì)它們進(jìn)行了全面分析；研究了宇宙線粒子電磁簇射現(xiàn)象和高能電子直接產(chǎn)生電子對(duì)的截面，產(chǎn)生了一批研究成果。

　　1958年在張文裕、蕭健、力一領(lǐng)導(dǎo)下，在原落雪山實(shí)驗(yàn)室附近9公里處海拔3220米海子頭山頂上建設(shè)了新的高山宇宙線站，實(shí)驗(yàn)設(shè)備由三個(gè)大型云室組成，上層為靶室，中層為磁云室，下層為多板室，對(duì)單電荷粒子的最大可測(cè)動(dòng)量為100 GeV/C，電離測(cè)量誤差為10％，設(shè)備的總重近300噸，在當(dāng)時(shí)是世界同類裝置規(guī)模最大、水平最先進(jìn)的儀器之一。在當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)條件下，能建設(shè)這樣一套大云室系統(tǒng)，已經(jīng)是很大的投入了。

　　最初，大云室的物理目標(biāo)放在超過(guò)當(dāng)時(shí)加速器能量（幾十GeV）的高能物理研究上。大云室的建造花了7年時(shí)間，到1965年建成，后因文革影響，歲月蹉跎，研究工作受到影響，到六十年代末，國(guó)際上加速器的能量已提高到與大云室相同的量級(jí)，原定的高能物理的研究方向已不具優(yōu)勢(shì)。

　　于是，研究組根據(jù)當(dāng)時(shí)粒子物理前沿的熱點(diǎn)課題，突出了尋找夸克（我國(guó)粒子物理理論家曾稱為層子）的研究?？淇耍╭uark）可能具有1/3或2/3分?jǐn)?shù)電子電荷，大磁云室能夠可靠地鑒定分?jǐn)?shù)電荷粒子，但是實(shí)驗(yàn)中沒有找到分?jǐn)?shù)電荷粒子（以后的研究表明，夸克是存在的，但是被囚禁在強(qiáng)子內(nèi)，所以找不到），卻在1972年獲得了一個(gè)可能的重質(zhì)量粒子事例。

　　云霧室（簡(jiǎn)稱云室）是最早的帶電粒子徑跡探測(cè)器，它里面充滿了干凈空氣和酒精（或乙醚）的飽和汽。其基本原理是，帶電粒子在穿過(guò)有飽和蒸汽的容器時(shí)，會(huì)使氣體電離并形成凝結(jié)核，進(jìn)而形成水珠，這樣沿著粒子路徑形成的凝結(jié)水珠就顯示出粒子徑跡，通過(guò)拍照便可用于分析。

　　如果在云室外加上磁場(chǎng)，便會(huì)測(cè)到粒子偏轉(zhuǎn)的徑跡，從而測(cè)量粒子的動(dòng)量，水珠的凝結(jié)狀況可以反映出粒子的運(yùn)動(dòng)速度。在云室中放上不同物質(zhì)的板做“靶”，可以研究粒子與物質(zhì)相互作用的特性，拍下的照片可以把粒子的相互作用過(guò)程展現(xiàn)得清清楚楚。

　　在宇宙線的早期研究中，云霧室曾是最好的工具之一，云室的局限是其尺寸和可加磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小。隨著粒子加速器的能量逐步提高，云室的作用就慢慢“退居二線”了。威爾遜1896年發(fā)明了云霧室，于1927年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

    圖1是云南站大云室組中的磁云室拍到的一個(gè)大電磁簇射，中心區(qū)大于1GeV的電子有30多個(gè)，按原子量近似估計(jì)這個(gè)簇射的總能量在0.5 TeV以上。

圖1 云南站大云室組中層磁云室測(cè)到的一個(gè)電磁級(jí)聯(lián)簇射事例

　　1972年測(cè)到的一個(gè)可能的重粒子事例（又稱云南事例），事例的照片可見圖2和圖3。其中圖2a是云室的正中全景相機(jī)拍攝的照片，圖3是左側(cè)水珠相機(jī)（只照云室中心區(qū)域）拍攝的照片，兩個(gè)相機(jī)的放大倍數(shù)不同。

　　事例包括三條徑跡，互相分得很開，圖2b為示意圖，從左到右分別標(biāo)為a,b,c，粒子a,b的電離相近，c則明顯淡得多，表明其速度較低。b,c很直，在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)小，表明它們動(dòng)量很大。c粒子速度低而動(dòng)量很大表明它質(zhì)量很大。分析結(jié)果表明，c粒子質(zhì)量下限為12GeV。考慮實(shí)驗(yàn)誤差，c粒子質(zhì)量小于1GeV(即它是質(zhì)子)的可能性為千分之二。它穿過(guò)整個(gè)云室沒有衰變，可能是穩(wěn)定粒子，或壽命大于5 x 10-9秒。

圖2a 云南事例（16580號(hào)）正面全景照片

圖2b 16580號(hào)事例素描

　　圖3 云南事例（16580號(hào)）左側(cè)水珠照片

　　第二階段是1976年“四人幫”打倒以后，1977年全國(guó)自然科學(xué)學(xué)科規(guī)劃會(huì)議在北京召開，當(dāng)時(shí)蕭健和幾位前輩都已離開，一批新中國(guó)成長(zhǎng)起來(lái)的中青年科研骨干，走出國(guó)門、調(diào)研學(xué)習(xí)，開始了多種探測(cè)方法、多個(gè)研究方向的探索，尋找趕超國(guó)際先進(jìn)水平的突破口。

　　開展的項(xiàng)目包括：甘巴拉山高山乳膠室實(shí)驗(yàn)；懷柔和羊八井廣延空氣簇射(EAS)陣列技術(shù)和實(shí)驗(yàn)；大氣切連科夫光探測(cè)和甚高能伽瑪射線天文觀測(cè)技術(shù)(興隆觀測(cè)站)和實(shí)驗(yàn)；平流層科學(xué)氣球技術(shù)和空間X射線天文觀測(cè)技術(shù)和觀測(cè)；高能宇宙線引起的水聲的探測(cè)；用固體徑跡探測(cè)器對(duì)宇宙線重核成分進(jìn)行測(cè)量等等。這些項(xiàng)目大部分由國(guó)內(nèi)多個(gè)單位合作進(jìn)行，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的努力，研究的重點(diǎn)逐漸明朗。

　　第三個(gè)階段大約是從上世紀(jì)90年代算起，我國(guó)的宇宙線研究開始進(jìn)入了邁向國(guó)際前沿的新階段。研究集中在中日合作 ASγ和中意合作 YBJ-ARGO 高山宇宙線實(shí)驗(yàn)，中意合作地下暗物質(zhì)探測(cè)（DAMA）實(shí)驗(yàn)，以及若干衛(wèi)星載空間天文項(xiàng)目，包括載人航天空間天文項(xiàng)目、AMS 國(guó)際合作項(xiàng)目、空間 X 射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目、空間宇宙線高能電子測(cè)量和暗物質(zhì)探測(cè)項(xiàng)目等等。

　　如今，高海拔宇宙線觀測(cè)站（LHAASO）已經(jīng)在四川稻城開工建設(shè)，將在探索高能宇宙線起源以及相關(guān)的宇宙演化、高能天體演化和暗物質(zhì)的研究方面做出中國(guó)貢獻(xiàn)。

　?。ū疚挠芍锌圃焊吣芩芯咳藛T宋黎明摘編自《物理》2013年第1期《我國(guó)的宇宙線物理研究六十年》、《現(xiàn)代物理知識(shí)》1994年第3期《卓越的實(shí)驗(yàn)物理學(xué) 真誠(chéng)的愛國(guó)者——蕭健先生》。）