時(shí)間過得真快，中科院高能物理所于1973 年成立，成立大會(huì)時(shí)的場面還歷歷在目，可是一晃已過去40 年了。
40 年來由于幾代“高能人”的努力，高能所的面貌發(fā)生了巨大的變化，中國高能事業(yè)正如鄧小平所期待的，已在世界高能物理領(lǐng)域占有一席之地。不但在高能物理領(lǐng)域，而且在與其相關(guān)的多學(xué)科領(lǐng)域也得到了長足的發(fā)展， 高能所已成為世界上有影響的高能物理基地之一。
一定有許多人想了解：中國的高能事業(yè)是如何起步的？是如何一步步的走過來的？作為參與者，我想通過對往事的回憶，從一個(gè)側(cè)面，從我經(jīng)歷過的幾件事情，為這段歷史提供一些資料。
1. Mark J 探測器
高能所成立之初， 就很重視對年輕人的培養(yǎng)，開設(shè)各種各樣的培訓(xùn)活動(dòng)，如英語學(xué)習(xí)班，專業(yè)講座和學(xué)術(shù)報(bào)告。1975 年丁肇中教授（圖1）到高能所作報(bào)告，受到了熱烈的歡迎。我對其發(fā)現(xiàn)的新粒子感到十分好奇，被他在德國漢堡新的高能物理實(shí)驗(yàn)計(jì)劃深深吸引。
圖1 1991 年，丁肇中教授（右）訪問高能所時(shí)與作者合影
1977年，他在獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)之后不久再次訪問中國，受到了鄧小平的接見。鄧小平提出希望他為中國培養(yǎng)科學(xué)人才，他滿口答應(yīng)了，說：“第一批先送十人來到我實(shí)驗(yàn)室工作、學(xué)習(xí)?！?/p>
沒想到，我有幸成為這十人之一，當(dāng)時(shí)心中又興奮，又緊張。興奮的是， 能得到諾貝爾獎(jiǎng)獲得者的培養(yǎng)；緊張的是，聽說丁肇中要求極嚴(yán)格，不知我能否勝任。
因?yàn)槭恰拔母铩币院蟮谝慌鰢鴮W(xué)習(xí)，國家特別重視。出國前，方毅副總理到高能所接見了我們第一批先行的6人，叮囑我們：勤奮學(xué)習(xí)，努力工作，學(xué)成回國，為祖國的科學(xué)事業(yè)服務(wù)。
1978 年元旦剛過，我們6人從北京乘機(jī)飛往巴黎，由巴黎轉(zhuǎn)乘火車到波恩，在中國駐德大使館停留一天后，再乘火車抵達(dá)漢堡。下火車后我們發(fā)現(xiàn)丁肇中已在火車站來接我們了，他直接將我們帶到德國電子同步加速器研究中心（DESY）。在安排好我們的住處后，他對我們說：“明天上午9點(diǎn)， 在會(huì)議室開會(huì)。”
第二天開的是全組大會(huì)，當(dāng)時(shí)小組人不多，三十人左右，以麻省理工學(xué)院成員為主，是由美國人、德國人等組成的國際合作小組。丁肇中首先對我們新來的6人表示歡迎，同時(shí)講了我們將要建造的Mark J 探測器的結(jié)構(gòu)，建造時(shí)間表以及近期的工作安排和分工。他講話后進(jìn)行了小組討論。會(huì)上大家都講英語，我和大多數(shù)中國去的同事僅能聽懂些單詞，只能靠猜測來了解大概意思。
到DESY 的第二天緊張的工作就開始了。為了趕在PETRA 加速器出束前造好Mark J 探測器，只剩下一年多的時(shí)間，因此不得不夜以繼日地工作。丁肇中帶頭，大家每天從早上9 點(diǎn)一直干到半夜12 點(diǎn)，除了睡覺、吃飯以外，大部分時(shí)間都是工作。星期六、星期日、節(jié)假日也不例外。因?yàn)楫?dāng)時(shí)年輕， 想多學(xué)些東西，早日完成自己承擔(dān)的任務(wù)，也就很快適應(yīng)下來了。
我們6人分到了不同的小組，我參加大面積閃爍計(jì)數(shù)器的制備、測試和數(shù)千個(gè)光電倍增管測試的工作。這是我第一次接觸這方面的工作，沒有時(shí)間系統(tǒng)地學(xué)習(xí)，只好邊干邊學(xué)，不懂就問同一個(gè)課題組的兩個(gè)美國人和一個(gè)德國人。他們都很熱情，有問必答。我從他們那里學(xué)到了不少東西，很快熟悉了環(huán)境，投入緊張的工作。
為了提高我們的理論水平，丁肇中請了幾位DESY的理論家給我們講粒子物理進(jìn)展。為了提高我們的英語表達(dá)能力，他請他的秘書和他的兩個(gè)女兒給我們上英語課。
工作了不長時(shí)間就遇到了一件事情：丁肇中安排我們同來的一位中國同事單獨(dú)到城里辦事，這位同事感到很為難，在再三詢問下，他才如實(shí)告之：我們有外事規(guī)定，中國人外出必須兩人以上同行。丁感到很費(fèi)解，不知為何有此規(guī)定。他馬上打電話到中國使館找到了張大使詢問，知道的確有此規(guī)定。但張大使又說：這條規(guī)定可以在丁先生你那里不執(zhí)行。丁肇中和我們都很高興，可以不受此條外事規(guī)定的限制，給以后的工作帶來了很大方便。
另一件印象很深的事是，一天，丁肇中布置給我一個(gè)任務(wù)，讓我按他給出的圖紙制備出供量能器所需光電倍增管的分壓器。在認(rèn)真進(jìn)行了調(diào)研和計(jì)算之后，我發(fā)現(xiàn)該線路設(shè)計(jì)不盡合理，可能會(huì)對能量線性范圍有影響?？紤]再三后，我如實(shí)向丁肇中說出了我的想法。他說：你可按你的想法重新設(shè)計(jì)一個(gè)新的分壓器。然后按不同設(shè)計(jì)制備好兩個(gè)分壓器到實(shí)驗(yàn)中去比較。我很快完成了任務(wù)，他就拿著這兩個(gè)分壓器以及光電倍增管和我一起來到實(shí)驗(yàn)束大廳測試。幾個(gè)小時(shí)后，結(jié)果出來了，數(shù)據(jù)顯示出我設(shè)計(jì)的那個(gè)具有更大的線性范圍。他看到實(shí)驗(yàn)結(jié)果后對我說：“所有的幾百個(gè)量能器光電倍增管分壓器都按你設(shè)計(jì)的做。”我為他能采納自己的設(shè)計(jì)而高興，同時(shí)也為他尊重科學(xué)、實(shí)事求是的作風(fēng)而感動(dòng)。
一年多的時(shí)間，一個(gè)性能良好的龐然大物——Mark J 探測器矗立在譜儀大廳里，這是全體Mark J 小組同事們汗水的結(jié)晶，其中包括了我們中國同事的貢獻(xiàn)。我們都很好地完成了各自的任務(wù)，丁肇中對我們的工作給予肯定和贊賞。
不久，就在這臺探測器上取得了膠子噴注發(fā)現(xiàn)的出色工作，大家辛苦了一年多，在實(shí)踐中學(xué)習(xí)到了許多高能探測器的前沿知識，提高了我們的動(dòng)手能力。同時(shí)，從丁肇中身上學(xué)習(xí)到了嚴(yán)謹(jǐn)、執(zhí)著的精神和作風(fēng)，對以后回國參加北京譜儀的建造大有裨益。
2. 北京譜儀
從丁肇中那里回來不久，中國政府批準(zhǔn)了建造一臺2×2.2 GeV 正負(fù)電子對撞機(jī)的方案，我們的心情無比激動(dòng)，終于中國也將有自己的高能加速器和探測器了。與北京正負(fù)電子對撞機(jī)（BEPC） 配套的是一臺稱為北京譜儀（BES）的探測器，正負(fù)電子對撞后產(chǎn)生的粒子要在這里進(jìn)行分析、研究。能否出來好的物理成果，譜儀的性能至關(guān)重要。
北京譜儀的設(shè)計(jì)和建造由葉銘漢負(fù)責(zé)（圖2），他和同事們經(jīng)過大量的調(diào)查研究決定參考當(dāng)時(shí)在同能區(qū)中最先進(jìn)的Mark III 探測器，爭取在探測器的結(jié)構(gòu)、性能、數(shù)據(jù)獲取、物理分析以及總體性能方面要保持先進(jìn)性。由于經(jīng)費(fèi)和當(dāng)時(shí)加工水平的限制，我們要付出更多的努力才能做到這一點(diǎn)。在設(shè)計(jì)之初我們曾考慮過用無機(jī)閃爍體來建造簇射計(jì)數(shù)器，這樣會(huì)有很好的能量分辨率，但因經(jīng)費(fèi)超標(biāo)，只好作罷。
BES（圖3）是由亮度檢測器、中心漂移室、主漂移室、飛行時(shí)間計(jì)數(shù)器、簇射計(jì)數(shù)器、μ 子計(jì)數(shù)器及大型磁鐵、線圈構(gòu)成，體積大約為5×5×5 m3，重500t。首先要保證每個(gè)分部件的指標(biāo)先進(jìn)、精準(zhǔn)才能做到整個(gè)譜儀的優(yōu)良性能。
圖2 葉銘漢（中）、李金（右）與作者討論BES 工作
圖3 總裝中的北京譜儀
我們遇到的第一個(gè)難題是加工問題，即譜儀分部件指標(biāo)的先進(jìn)性與當(dāng)年（20世紀(jì)80年代）加工水平的差距，使得我們當(dāng)時(shí)在全國很難找到合適的廠家。后來花了很大力氣，才找到貴州某軍工廠愿意為我們生產(chǎn)精度要求很高的主漂移室的端蓋板，還落實(shí)了在上海飛機(jī)制造廠生產(chǎn)簇射計(jì)數(shù)器，在天津造船廠生產(chǎn)大型磁鐵，在原子能研究所生產(chǎn)大線圈……
建造簇射計(jì)數(shù)器所用的鋁方管，先要到哈爾濱鋁廠定制圓鋁管，再運(yùn)到上海加工廠將圓管冷拉成所需的方型鋁管，最后到上海飛機(jī)制造廠將方鋁管和鉛板熱壓在一起，而鉛板則是在甘肅一個(gè)廠子特制的。
為了保證質(zhì)量和進(jìn)度，許多同事只得長期駐廠，及時(shí)與工廠的工人、技術(shù)員在一起解決技術(shù)難題。他們長時(shí)間生活在艱苦的條件下，遠(yuǎn)離親人，為工程作出了奉獻(xiàn)。
為了保證北京譜儀保質(zhì)、按時(shí)完成，大家都很辛苦，每天工作十多小時(shí)， 幾乎沒有節(jié)假日，連春節(jié)都在加班。那時(shí)工資水平很低（一二百元），獎(jiǎng)金很少（最早一月5元，后來加到15元），可是人心很齊，都想盡力完成好交給自己的那份任務(wù)，實(shí)現(xiàn)中國有自己的高能基地的夢想。
1982年，我負(fù)責(zé)北京譜儀飛行時(shí)間計(jì)數(shù)器的研制，1986年負(fù)責(zé)北京譜儀的建造、安裝和調(diào)試，經(jīng)歷了譜儀建造的全過程，有成功時(shí)的快樂，也有挫折時(shí)的煩心，印象較深的有下面幾件事：
1. 磁鐵線圈在原子能研究所造好后，經(jīng)過測試，性能很好，大家都很高興?？墒?，如何運(yùn)往高能所？大家卻犯了愁，原因是裝車后發(fā)現(xiàn)總高度已超過途經(jīng)的幾座橋洞的限高。正在大家一籌莫展時(shí)，張厚英找來一張?jiān)敿?xì)的北京市區(qū)交通圖，研究了一條繞行的路線，避開幾個(gè)限高的橋洞，多花了幾個(gè)小時(shí)，終于運(yùn)達(dá)了譜儀大廳。
2. 1988年，上百噸重的簇射計(jì)數(shù)器在經(jīng)過幾個(gè)月的辛勤勞動(dòng)之后組裝好了大部分，但在測試其強(qiáng)度時(shí)，發(fā)現(xiàn)在鉛桶和計(jì)數(shù)器之間產(chǎn)生了滑移，大家都十分著急。為了確保質(zhì)量，不得不最后決定拆掉后重裝。我們找到了層間滑移的原因，加強(qiáng)了鋼筋的拉力，從零開始，又花了三個(gè)月時(shí)間，終于把簇射計(jì)數(shù)器重新裝好，確保了安裝強(qiáng)度。
3. 1988年10月的一天，葉銘漢來找我，說：“近日要開始中美高能會(huì)談了，美方專家正在北京，如果此時(shí)能實(shí)現(xiàn)正負(fù)電子對撞將是一個(gè)很適當(dāng)時(shí)間。但正負(fù)電子能否對撞的最直接證據(jù)是由北京譜儀給出的，希望你抓好這項(xiàng)工作。”我立刻找到了負(fù)責(zé)亮度監(jiān)測器的同事們，他們已在譜儀廳調(diào)試了好幾天。我們一起商量如何區(qū)別信號和噪音，一起找尋在大本底下觀察到弱信號的方法，并與北京正負(fù)電子對撞機(jī)（BEPC）值班同事緊密配合記錄下單束運(yùn)行的本底和對撞時(shí)亮度監(jiān)測器的變化。經(jīng)過幾個(gè)晝夜的連續(xù)調(diào)試，我們終于摸到了規(guī)律。1988年10月16日凌晨，當(dāng)值班室通知我們BEPC已處于對撞模式時(shí)，我們在亮度監(jiān)測器上明顯看到了正負(fù)電子散射（巴巴散射）信號，而且計(jì)數(shù)隨時(shí)間不斷增長，而在單束運(yùn)行時(shí)，信號就沒有了，從而證實(shí)了信號的確是正負(fù)電子發(fā)生對撞的結(jié)果，不是噪音。反復(fù)多次，都是如此，于是我們確認(rèn)，BEPC 的正負(fù)電子的確是對撞了。我們把這一消息通知了BEPC 值班室，他們都趕到譜儀廳觀看不斷上升的巴巴散射信號。大家高興得跳了起來，一夜的疲勞也隨之驅(qū)散了。我在第一時(shí)間通知了葉銘漢，他天一亮就來到了BEPC 運(yùn)行室和譜儀大廳，對正負(fù)電子已對撞的事實(shí)進(jìn)行了確認(rèn)。這一消息很快就傳到全所，并通過媒體傳到了全國。鄧小平知道后，與其他國家領(lǐng)導(dǎo)一起于10月24日來參觀了BEPC/BES。
4. 1989年一天的深夜，我被電話鈴聲驚醒，接電話后，得知譜儀出了問題。我穿上衣服直奔譜儀大廳，一進(jìn)去發(fā)現(xiàn)煙霧繚繞，水蒸氣充滿大廳。值班人員告訴我：“由于幾小時(shí)前的一次突然停電，致使線圈冷卻水保護(hù)裝置失靈，以至于水溫升高到冒熱氣時(shí)才發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)后已把線圈電源關(guān)閉?！甭牭街蛋嗳藛T的匯報(bào)，見到滿屋的蒸汽，我一下子驚呆了，兩腿發(fā)軟，不知在這樣的高溫下線圈絕緣是否受到傷害？如果絕緣壞了，線圈需要重做，至少將取數(shù)計(jì)劃推遲一年，后果不堪設(shè)想。抱著這種忐忑不安的心情，我只好趕快搬救兵，第一個(gè)找的是值班主任李金，好在他就住在大院里，我氣喘噓噓地爬上他所住的五樓，把他叫醒，尋找對策。等天一亮，再叫負(fù)責(zé)線圈的同事過來一起測試線圈電阻，發(fā)現(xiàn)阻值沒變，才稍許放心。后來又重新運(yùn)行了幾次，最后確定線圈安全無恙，心里的一塊石頭終于落地。
5. 譜儀運(yùn)行了一段時(shí)間后，一次突然發(fā)現(xiàn)主漂移室的兩個(gè)電極絲斷了，碰到了周圍其他的電極絲，造成短路，致使主漂移室加不上高壓，不能正常運(yùn)行。我們只得停下來檢修，想辦法將斷絲抽出來，但有一定難度，辦法一時(shí)沒有找到。正在煩惱時(shí)，一天晚上的十一點(diǎn)左右，我突然接到了周光召院長的電話，他嚴(yán)肅地說：“我聽說你們的譜儀出了事故，影響運(yùn)行，是怎么回事？”我如實(shí)將情況告訴他，說：主漂移室一共有兩萬多根電極絲，斷了兩根屬于正常情況，現(xiàn)在麻煩的是，影響了正常運(yùn)行，大家正想辦法解決。我很奇怪，這件事情怎么會(huì)這么快就反映到周院長那里。不久，大家終于想出一個(gè)辦法，制造了一種特殊的工具，最終將兩根斷絲夾了出來，解決了一場危機(jī)。
3. τ 輕子質(zhì)量測量
北京譜儀建成以后，任務(wù)很明確，就是：運(yùn)行好，多取數(shù)據(jù)，早出物理成果。當(dāng)時(shí)感到最薄弱的力量是物理分析隊(duì)伍，為此，一部分搞硬件的同事及時(shí)轉(zhuǎn)了過來，很快進(jìn)入角色，加強(qiáng)了數(shù)據(jù)分析力量。
一開始，譜儀能量放在J/ψ 上，一方面對譜儀進(jìn)行刻度，另一方面收集數(shù)據(jù)以便進(jìn)行J/ψ 物理分析。
1990—1991年，一個(gè)國際高能物理界關(guān)注的信息傳到了我們這里：根據(jù)當(dāng)時(shí)所測到的τ 輕子壽命與它的衰變分支比的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)很大的問題：如果τ 輕子質(zhì)量測量是正確的話，那么大家所公認(rèn)的輕子普適性原理就破壞了，這將是一個(gè)很大的理論挑戰(zhàn)。可能的解釋，一是出現(xiàn)了新的物理，輕子普適性不再成立。二是以前測量的τ 輕子質(zhì)量測量值有問題。我和北京譜儀的同事都十分關(guān)注這一問題。并躍躍欲試，想在我們這里重新測量τ 輕子質(zhì)量。感興趣的幾位同事對τ 質(zhì)量測量的歷史進(jìn)行了仔細(xì)的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)以前國際上有4 個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過測量，大多采用產(chǎn)生截面擬合的方法，誤差較大，不夠準(zhǔn)確。而τ 質(zhì)量的值對輕子普適性又十分敏感，因此我們決定在BES 上用新的方法重新精確測量τ 質(zhì)量。用什么新的方法，幾經(jīng)討論，大家傾向于用掃描方法，精確找到τ 產(chǎn)生閾的能量值，根據(jù)質(zhì)能關(guān)系：E=mc2，以τ 產(chǎn)生的能量閾值來定τ 的質(zhì)量。方法是新的，過去沒用過，但對加速器、探測器能量的穩(wěn)定性，能量的標(biāo)定精度都要求很高，對我們來說，這是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。中方的物理學(xué)者都很有信心來迎接這一挑戰(zhàn)。與BES 合作組的美方科學(xué)家溝通后，該方案也得到了他們的支持和參與。
1991年8月實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行了多方面的準(zhǔn)備，首先對北京譜儀進(jìn)行了全面的檢修，使其工作處在最佳狀態(tài)。對數(shù)據(jù)獲取、離線分析系統(tǒng)也進(jìn)行了改進(jìn)、提高。對撞機(jī)、譜儀的長期穩(wěn)定性、可靠性也有所提高。此外，還進(jìn)行了蒙特卡洛模擬，并對實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)條件和可能的結(jié)果進(jìn)行了研究。這是一次大膽的創(chuàng)新。
實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，第一點(diǎn)放在τ 質(zhì)量世界平均值1784 MeV 上，然后不斷逼近τ 的產(chǎn)生閾值?？偣策\(yùn)行了12個(gè)點(diǎn)，用了幾個(gè)月時(shí)間，采用最大似然法，對質(zhì)量、效率同時(shí)擬合，求到τ 質(zhì)量的精確值為
（圖4），其中心值比原來的小7MeV，精確度提高了10倍。
我們的結(jié)果糾正了過去測量的偏差，確認(rèn)了輕子普適性是成立的。
我在1992年、1993年代表BES 合作組分別在海外華人物理大會(huì)和國際輕子光子大會(huì)上宣布了在BES 上進(jìn)行的τ 輕子質(zhì)量測量結(jié)果，引起了極大的反響。聽眾熱烈的掌聲是對BES 結(jié)果的贊賞。
這一成果，震撼了國際高能物理界，被認(rèn)為是1992年國際上最好的粒子物理成果，被評為1993年國際十大科技新聞之一，被PDG（粒子數(shù)據(jù)小組） 確認(rèn)為粒子物理界50年來的重要實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之一。BES 一炮打響，使國際高能物理界認(rèn)識了中國人。中國科學(xué)家感到驕傲的是沒有重蹈前蘇聯(lián)“只造加速器， 沒有物理結(jié)果”的覆轍。
4. 不懈的努力
τ 質(zhì)量測量之后，BES 又在J/ψ，ψ′等物理領(lǐng)域取得了一系列成果。但大家清醒地認(rèn)識到“逆水行舟，不進(jìn)則退”的道理， 在國際競爭愈演愈烈的情況下，我們絕不能止步，一方面著手譜儀的升級改造，另一方面構(gòu)想我國高能物理的發(fā)展遠(yuǎn)景。
1993年，BES的升級改造開始了，與此同時(shí)對撞機(jī)亮度升級改造也在進(jìn)行，經(jīng)過幾年的努力，升級改造很成功。BEPC的亮度提高了兩倍，升級后的BESⅡ在更換了主要部件后，性能有很大改善；數(shù)據(jù)獲取、觸發(fā)判選、分析軟件等系統(tǒng)性能有很大提高。在其上獲得了一系列重要的物理成果，如R 值的精確測量，X（1835）新粒子的發(fā)現(xiàn)等，這些成果以及BESⅡ升級改造過程已經(jīng)總結(jié)成書：《北京譜儀II 正負(fù)電子物理》（鄭志鵬主編，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社出版）。
圖4 τ輕子質(zhì)量測量的雙參數(shù)擬合圖
從1994年起，在李政道教授和美國潘諾夫斯基教授的支持及國內(nèi)同行的積極參與下開始了τ–c工廠（即工作在τ– 粲能區(qū)，利用雙環(huán)、多束團(tuán)、強(qiáng)流等技術(shù)達(dá)到更高亮度的新一代正負(fù)電子對撞機(jī)）的預(yù)制研究，并得到了政府的支持。大家對τ–c 工廠的初步設(shè)計(jì)（對撞機(jī)和譜儀）物理目標(biāo)進(jìn)行了研究，獲得了許多成果，鍛煉了隊(duì)伍，為以后的BEPCII/BESⅢ的建造打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
我們很高興地看到BEPCII/BESⅢ升級改造的成功，更高興地看到BESⅢ 上取得的物理成果。我們期待中國人牢牢地占領(lǐng)國際τ–c 領(lǐng)域的一席之地，做出世界一流的成果。這是一個(gè)老高能人的祝福。
（本文引自《現(xiàn)代物理知識》，2013, 25(02): 5-9）
