北京正负电子对撞机建成前后

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  2012年2月14日,中国科学院高能物理研究所原副所长谢家麟院士作为2011年度国家最高科学技术奖获得者之一,从胡锦涛总书记手中接过了奖状。谢家麟院士之所以获奖,是和位于北京西郊八宝山附近的地层深处的中国第一台,也是唯一一台高能加速器——北京正负电子对撞机(英文缩写BEPC)密不可分的。这台耗资以亿元计的大型科研设备正年复一年昼夜不停地运转着,吸引着全世界的科学家不远万里前来这里,或做实验,或进行学术交流。它的建成,凝聚着周恩来、邓小平等领导人以及几代科学家的智慧和心血。回忆起在这台对撞机建成前后的采访,我至今难以忘怀。有幸成为高能物理学家们的代言人
  那是1978年春季的一天,中国科学院高能物理研究所的几位年轻人,忽然来到我工作的北京三里河河边的抗震棚里。说明来意后,他们交给我一封由著名物理学家张文裕等十几位科学家写给中共中央的信件。在信中,这些科学家们叙述了世界各国高能物理以及高能加速器发展的历史和现状,殷切希望党中央能够关注这门尖端科学,积极筹措资金,调集人力物力,尽快建造起中国的高能加速器。
  随后,我将科学家们的信转交给当时新华社的负责人,他们很快便报送给了邓小平等国家领导人。在这之后,我又通过内部参考帮助高能物理研究所要回了他们在玉泉路的办公楼。就这样,我和中国甚至一些国外的高能物理领域里的科学家们成了好朋友。
  人们可能要问:中国为什么投巨资建造高能加速器?发展高能物理这门所谓的“大科学”有什么用?
  关于这个问题,美国著名华裔科学家、诺贝尔奖获得者丁肇中教授曾经对我讲过这样一番话:“这可以追溯到很久远的年代,意大利科学家伽利略做过一个很有名的实验,他从比萨斜塔上丢下了两个大小不一样的物体,从而证实了重力加速度是一个常数,这可以说是那个时代的直线加速器。到了19世纪末期,X光的发现,相对地说,这算是当时高能物理的研究。20世纪30年代,中子的发现,以及后来愈来愈多的新粒子的发现,使高能物理研究的规模越来越大,涉及的学科越来越多,对仪器精密度的要求也越来越高,这是因为科学家所探索研究的粒子愈来愈小。”而高能物理近年来的研究课题,一方面是寻找基本粒子,另一方面是研究各种力的统一。
  加速器问世的时间并不很久,近些年来,各国科学家已经制造了数百种高能加速器。眼下,世界各国科学家正利用这些加速器,日夜不停地探索着粒子世界的奥秘。世界各国科学家在加速器上做实验,使很多人由于实验中有所发现从而获得诺贝尔奖,20世纪50年代,李政道和杨振宁提出的“在弱相互作用中对等性是否不变”的理论,就是由美国哥伦比亚大学吴健雄教授等利用美国的加速器所证实的。20世纪70年代中期,丁肇中发现J粒子的实验,也是在美国纽约长岛上的布鲁克海文实验室的加速器上完成的。
  就在欧美各国加速器发展和高能物理实验如火如荼地展开时,中国在这方面的科学研究和实验设备却是完全空白。不仅如此,由于整个国家的科学研究处于落后状态,以至从事这方面研究的科学家在世界到处受气。甚至因被怀疑刺探发达国家关于这方面的研究情报而受到迫害。20世纪50年代,中国著名物理学家赵忠尧在回国途中的遭遇,就曾经轰动一时。
  20世纪20年代,陆续有一些年轻的中国人到海外,在各国著名的高能加速器中心从事研究工作,物理学家赵忠尧就是其中的一个。他在美国加利福尼亚州理工学院毕业后,回国前,受国内有关部门的委托,采购了一些科学仪器,为的是回国后可以自主地进行核物理方面的研究。此外,他还准备回国后组装一台规模较小的静电加速器。1950年冬,赵忠尧从旧金山乘船回国,轮船在日本横滨靠岸后,当地美军以“携带原子秘密回共产党中国”为名逮捕了他,随后他被关进日本的巢鸭监狱。赵忠尧被无理关押的消息迅速传遍了全世界。刚刚诞生的新中国立即作出强烈反应:通过电台、报纸发表了一系列抗议声明,赵忠尧在美国的一些师友也纷纷给予声援。这年11月28日,美联社从香港发过一条新闻:“中国原子能权威赵忠尧教授昨天从日本(他在那里被美国占领军扣留)抵达香港,他因据说与钱学森教授案件有纠葛而被讯问。钱学森教授在9月初因企图把喷气机材料送往北京,而在洛杉矶被捕。赵氏今日在英国警察的保护下通过香港边界。”赵忠尧教授一踏上新中国的土地,便受到了英雄般的欢迎,当时的中国科学院院长郭沫若组织举行了盛大宴会为他压惊,几天之后,他便进入近代物理研究所,与钱三强等一起开始了核物理研究的艰苦创业。
  周恩来总理批示:这件事不能再延迟了
  回忆起中国建造高能加速器的历史,尤其是中国高能物理界那些创业的日子,科学家们都满腔心酸。
  加速器专家谢家麟听到新中国诞生的消息后,很是兴奋。1951年秋天,他在回国途中,途经檀香山的时候,却被美国移民局扣留,理由是“根据美国的法律,凡是在美国学的专业和战争有关的人,一律不准出境”。他只好在芝加哥的一个医学中心当了建造加速器的负责人。1956年夏天,他接到通知说,他可以有两个选择:一是限期离境,一是留在美国当永久居民。谢家麟心想,我是个中国人,应当给中国做事,因为中国人对中国的建设负有责任。他就这样回国了。回国后,谢家麟对单位领导表示,要在新中国研制出亚洲第一台电子直线加速器。希望能给他配备两位懂得物理和微波知识,有20年工龄的工程师,在当时的情况下,他的要求当然不可能得到满足,给他派来的是刚走出校门,从未见过加速器的大学生,没有20年工龄,只有20多岁的年龄。谢家麟没有灰心,经过8年的努力,他带领一批年轻的娃娃,造出了中国第一台电子直线加速器。
  谈起建造高能加速器,徐建铭和方守贤等科学家也难以忘却那些忍气吞声的岁月。1958年秋天,他们在苏联学习,根据国内的指示,他们向苏联原子能委员会提出希望苏联能援助中国建造高能加速器,遭到拒绝后,他们心想:看来设计和建造先进的加速器,还得靠自己。于是,一气之下,几个人回到旅馆就动手设计起高能加速器来。
  回国后的20年间,徐建铭、方守贤以及徐绍旺等人,密切注视着国际上高能加速器的发展动态,认真研究世界各国关于高能加速器的设计资料和运行经验,先后设计了不知多少个方案,也不知画了多少张图纸,以后又经历了十年动乱,他们的劳动始终是纸上谈兵。
  20世纪60年代,中国因为没有高能加速器,科学家们只好去苏联杜布纳联合核子研究所,借助那里的加速器从事高能物理研究。1964年冬天,周恩来总理访问莫斯科期间,会见了我国在杜布纳工作的专家。他与大家一起吃饭,边听取科学家们的汇报。听完汇报后,他严肃地说:看来,在国内我们自己也必须搞高能物理这门科学。中苏关系破裂后,这些科学家们被迫回国。
  1972年秋天,以张文裕为首的一批高能物 理学家,联名给周总理写了一封信,提出了中国发展高能物理的想法和建议。不久,周恩来总理批示:这件事不能再延迟了。科学院必须把基础科学和理论研究抓起来,同时又要把理论研究与科学实验结合起来。高能物理研究和高能加速器的预制研究,应该成为科学院要抓的主要项目之一。
  周总理的批示是急切的,但是,要实现周恩来这个愿望,却非易事。在世界上,能否建成高能加速器,标志着一个国家工业和科学技术水平的高低。一些拥有这项设备的国家的科学家,曾不止一次地对中国科学家表示:中国要想建造高能加速器,简直是痴心妄想!当时“四人帮”也不相信中国人有能力造加速器,并千方百计地进行阻挠。他们的逻辑是:中国人连肚子都吃不饱,还搞什么加速器?他们说,发展高能物理是“不积粮、不挖洞、只称霸”。因而,周恩来总理的批示被搁置了。
  尽管如此,周总理并未放弃自己的主张。1973年10月13日,周恩来在接见美籍华裔科学家吴健雄和袁家骝时,问张文裕教授:高能物理加速器的预制研究工作进展得怎么样了?张文裕如实地谈了有关情况,表示:由于“四人帮”的干扰,研究工作进行不下去。
  这怎么能行呢?第四个五年计划已经过去三年了,只剩下两年了!周恩来焦急地说。
  接见结束时,他又叮嘱在场的中科院副院长吴有训,要求科学院尽快制定出方案。他同时鼓励大家:一定要排除干扰,把这项研究工作进行下去。
  在周总理一次又一次地关怀和督促下,科学家们又聚在一起,一次次开会,一次次磋商。经过反复研究,1975年3月,由国家计委出面,正式向党中央提出了《关于高能加速器预制研究和建造问题的报告》。当时,周总理身患重病,住在医院里,但是他亲自审阅和批准了这个报告。
  当科学院的有关负责人向高能物理研究所的全体工作人员传达这件事时,在场的很多科学家都哭了:“这恐怕是周总理对国家的高能物理事业最后一次操心了。他病得那么重,还念念不忘建造中国的高能加速器。我们就是有天大的困难,也得干!”
  1975年,全所工作人员一起动手,为建造中国的高能加速器奔忙起来。正在人们干得起劲的时候,“四人帮”在科学院的代理人却说,这项工程并非当务之急,建起来也是一堆“破铜烂铁”。这样,工程又被拖延下来。直到“四人帮”垮台以后,在邓小平的直接过问下,建造高能加速器的工程才真正开始。
  邓小平说:中国必须在世界高科技领域占有一席之地
  1979年6月11日晚上,邓小平和方毅在人民大会堂接见了出席中美高能物理联合委员会的科学家。接见中,邓小平说,对我们中国这么穷,这么落后的国家搞高能这件事,人们提出了一个问题:该不该搞?欧洲核子研究中心(英文简称CERN,负责由欧洲十几个国家联合建造的、世界最大的正负电子对撞机的日常运转工作)主任阿达姆斯向我提出过这个问题。我就说,不搞也可以,但我们既然要搞四个现代化,就要看高一点,看远一点。这是一个难的事情,但可以带动许多东西,或许这个决心可以帮助我们发展得更快一点。我们也有懂行的,他们非常积极,我给他们当后勤部长,所以下了这个决心。现在看来,这个决心恐怕是对的。邓小平说,我们耽误了一二十年,真正回头搞,才进行了两年时间,我们自己觉得还是有希望,但要建筑在善于学习的基础上,不但要有决心,还要善于学习。所谓善于学习,包括把国际上先进的东西同自己的实际结合起来。譬如我们穷,就要想些穷办法,结合我们的实际。
  但是,当1980年底50Gcv质子同步加速器被停建后,中国高能加速器的研制又面临着危机。当时,“中国要不要建造高能加速器?”“要造一个什么样的高能加速器?”的问题又在国内外引起了很大争议。持反对意见者认为:高能加速器是科学技术发达国家的事情,中国人目前还不具备建造高能加速器的能力和财力。而持赞成意见的科学家则坚持认为:中国应该拥有自己的高能加速器,中国人有能力建造好这一台加速器。后者在广泛征求世界各国,特别是美国专家的意见后,结合中国的实际情况,提出了建造一台能量为5Gcv左右的正负电子对撞机的建议,这样的加速器既能进行高能物理研究,又能进行同步辐射光的应用研究。这个方案之所以得以确定,朱洪元、谢家麟教授起了很大作用。以上两种意见针锋相对,争论的范围由国内扩展到国外,由科学家扩展到政府官员。1981年,邓小平当机立断,对建造2×2.2Gcv正负电子对撞机的建议给予肯定,他明确指出:我赞成加以批准,不再犹豫。这一批示给中国的高能物理事业注入生机和活力,使中国的高能加速器从危机中走出来。1983年4月,中央正式批准了北京正负电子对撞机工程建造计划。这年年底,中央决定将北京正负电子对撞机工程列为国家重点建设项目,要求在1988年底建成,并批准成立北京正负电子对撞机工程领导小组,负责组织领导工程实施。工程领导小组由中国科学院顾问谷羽、国家计委副主任张寿、国家经委副主任林宗棠和北京市副市长张百发组成,由谷羽担任组长。1984年10月7日,正负电子对撞机的建设正式破土动工。邓小平、杨尚昆、万里、方毅、余秋里、胡乔木、胡启立等党和国家领导人与科学家们一起为它奠基。
  北京正负电子对撞机工程上马以后,科学家们用“终于盼到了这一天”来形容兴奋的心情。
  1986年春季的一天,我来到工程调度室采访。谢家麟、方守贤两位加速器专家热情地接待了我,他们指着墙上挂的《正负电子对撞机进度表》兴奋地说:“自1984年10月,邓小平同志亲自给工程奠基以来,经过全国几十个单位、上千个工程技术人员的努力,现在对撞机的主体专用的六项关键设备都已经研制出样机,并通过了技术鉴定,其他各种设备也陆续研制出来了。600多米长的设备隧道已经全部竣工。总之,可以说整个工程进展顺利,一个将会吸引国内外物理学家共同探索微观世界奥秘的大型国家实验室,即将在中国诞生!”“建造这样复杂的尖端科研设备,在中国还是第一次,在国际上也是个硬仗,邓小平同志要求我们,加速器必须保证如期甚至提前完成,现在为了给国家拿下这块金牌,全体工程技术人员正在日夜奋战,各级领导都在亲临第一线……”
  “什么叫电子对撞机?它有什么用途?这恐怕是许多读者都希望知道的。”采访中,我对两位科学家说。
  他们解释说,对撞机是由成千上万个极其精密的部件有机地串联起来的大型科研设备,通上电流以后,各个部件都得在指定的状态下工作。两个0.1毫米厚、1毫米宽、10厘米长的由正电子和负电子组成的束团沿着240米长的加速管旋转,转一圈撞一次,1秒钟内要撞100多万次,差1分1毫都会撞不上。因此,要求是很严格的。
  说完,谢家麟教授拿来一张纸,他在上面 画了三个示意图,说:“基础科学研究非常重要,电视、雷达、X光、原子弹、原子能,都是在基本上弄清了原子和原子核的结构的基础上,才出现的。这些东西的出现,对人类生活影响之大,是不言而喻的。组成物质微观结构的粒子很小很小,肉眼看不见,即使是用显微镜也看不见。于是科学家们就发明了各种加速器,物理学家就是借助加速器来研究组成物质的最小单元——各种基本粒子的。”
  谢家麟说,对撞机是20世纪70年代以后发展起来进行这种研究的新型加速器,这方面的科学研究每有一次突破,都使人类对自然界的认识前进一大步。
  科学家们还说,(当时)世界上正在运行的正负电子对撞机有十多台,各国都计划建造能量更高的对撞机。我国的经济力量不允许花这么多钱。我们的这台对撞机建成以后,虽然能量不算高,但在国际上也会有独特的地位。
  这项1984年10月7日破土动工的国家重点工程,到1988年10月7日,经过成千上万科技人员的努力,依靠本国的人力物力制造出了电子直线加速器、存储环、自动控制系统、北京谱仪、同步辐射、计算中心的有关元件和设备。
  1988年10月16日凌晨5点56分,中国第一座高能加速器——北京正负电子对撞机,首次实现了低亮度下的正负电子对撞。消息传开后,立即在全世界引起轰动,著名物理学家钱三强、赵忠尧、张文裕、王淦昌等纷纷发表谈话,认为这台对撞机的研制成功,使中国与先进国家在高能物理研究手段方面的距离缩短了25年至30年,标志着中国的高能加速器技术,已经进入国际先进行列。许多国际上享有盛誉的科学家也纷纷发来贺电,他们说,北京正负电子对撞机的研制成功,是中国科学发展的伟大进步,是中国高能物理发展的里程碑。
  1988年10月24日9时40分左右,邓小平等来到北京正负电子对撞机国家实验室,他兴奋地向参加工程建设的人们表示祝贺,并发表了十分重要的讲话。这篇讲话后来以《中国必须在世界高科技领域占有一席之地》为题收入《邓小平文选》。
  邓小平说,世界上许多国家都在制订实施高科技发展计划,如美国的“星球大战计划”,西欧的“尤里卡计划”等等,下个世纪将是高科技的世纪。他说,任何时候,中国都必须发展自己的高科技。在世界高科技领域占有一席之地。如果60年代中国没有研制出原子弹、氢弹,卫星没有上天,我们就不会有今天这样的国际地位。高科技的发展和成就,反映了一个国家和民族的能力,也是一个国家兴旺发达的标志。他说,现代世界科技的发展一日千里。在高科技领域,中国不能不参与。我们不仅要搞加速器,还要参与其他领域的发展。
  邓小平的讲话,获得了热烈的掌声。许多在场的科学家抚今追昔,感慨万千,有的甚至留下了激动的泪水。
  时光飞逝。进A21世纪后,北京正负电子对撞机国家实验室不断传出好消息:不久前,中科院高能所原所长陈和生对我说,近年来,国家又投入了数亿元资金,对这座对撞机进行了改造,实现了邓小平在奠基时的诺言:我们也能对国际上科学技术领域,有那么一点贡献。
  (责任编辑 谢文雄)
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