李政道先生和中國(guó)高能物理發(fā)展

  科技日?qǐng)?bào)   2024-08-17 09:06:43

◎陳和生

編者按 美國(guó)當(dāng)?shù)貢r(shí)間8月4日凌晨,著名華人物理學(xué)家、諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者李政道在舊金山去世,享年97歲。多年來(lái),李政道先生為我國(guó)科技事業(yè)發(fā)展和人才培育以及國(guó)際合作與交流作出了重大貢獻(xiàn)。本報(bào)邀請(qǐng)?jiān)c李政道先生共事的院士專家,追憶與他交往的點(diǎn)滴,緬懷他的卓越功績(jī)和崇高品格。

李政道先生是20世紀(jì)最偉大的物理學(xué)家之一。他為物理學(xué)的發(fā)展作出了重大貢獻(xiàn)。李先生致力于中國(guó)的科學(xué)事業(yè)和教育事業(yè),特別是為我國(guó)高能物理事業(yè)的發(fā)展和人才培養(yǎng)嘔心瀝血。李先生的逝世是國(guó)際物理學(xué)界的巨大損失,更是中國(guó)科學(xué)界的巨大損失。在這里,我謹(jǐn)以此文回顧李先生關(guān)心、支持和幫助中國(guó)高能物理和加速器事業(yè)發(fā)展的歷史足跡。

建言我國(guó)開(kāi)展高能物理研究

1972年9月,李先生夫婦重返闊別了26年之久的中國(guó)。當(dāng)時(shí),中國(guó)的科學(xué)發(fā)展正處在一個(gè)特殊時(shí)期。1972年9月11日,周恩來(lái)總理對(duì)張文裕和朱光亞等18位科學(xué)家關(guān)于在中國(guó)開(kāi)展高能物理研究和加速器預(yù)制研究工作的建議信作了重要批示,強(qiáng)調(diào)“這件事不能再延遲了,科學(xué)院必須把基礎(chǔ)科學(xué)和理論研究抓起來(lái),同時(shí)又要把理論研究和科學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)。高能物理研究和高能加速器的預(yù)制研究,應(yīng)當(dāng)成為科學(xué)院要抓的主要項(xiàng)目之一。”周恩來(lái)總理這個(gè)重要指示預(yù)示著中國(guó)高能物理研究春天的來(lái)臨。

根據(jù)周恩來(lái)總理的指示,1973年2月,中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所(以下簡(jiǎn)稱“高能物理研究所”)在原子能研究所一部的基礎(chǔ)上成立。

1972年10月4日,周恩來(lái)總理接見(jiàn)了李先生夫婦,與他們進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的親切交談。此后,李先生便開(kāi)始了推動(dòng)中國(guó)高能物理發(fā)展的努力。他參觀了多所大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院的研究所,作了多場(chǎng)學(xué)術(shù)報(bào)告,介紹國(guó)際理論物理研究前沿,給中國(guó)物理界帶來(lái)了一股春風(fēng),受到了熱烈歡迎。李先生經(jīng)常回國(guó)講學(xué),在各種場(chǎng)合強(qiáng)調(diào)科學(xué)技術(shù)和教育對(duì)中國(guó)的重要性。他多次訪問(wèn)高能物理研究所,與研究人員進(jìn)行深入的學(xué)術(shù)探討,并積極促進(jìn)中美科學(xué)技術(shù)交流。1973年5月,中國(guó)科學(xué)院派出第一個(gè)高能物理代表團(tuán)訪問(wèn)美國(guó)。訪問(wèn)期間,李先生邀請(qǐng)代表團(tuán)訪問(wèn)美國(guó)布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室。

1974年5月,毛澤東主席在中南海接見(jiàn)了再次來(lái)訪的李先生。毛主席饒有興趣地與他討論了宇稱不守恒的物理問(wèn)題。

1979年2月,鄧小平同志訪問(wèn)美國(guó),打開(kāi)了中美兩國(guó)關(guān)系的新篇章。訪問(wèn)期間,中美兩國(guó)政府簽訂了中美科學(xué)技術(shù)合作協(xié)定。李先生抓住中美科技交流的歷史契機(jī),全力推動(dòng)中美兩國(guó)的高能物理合作,在很短時(shí)間內(nèi),促成了中美高能物理合作協(xié)議的簽訂。這是中美科學(xué)技術(shù)合作協(xié)定下的第一個(gè)執(zhí)行協(xié)議。李先生對(duì)協(xié)議的簽訂發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

1979年6月,第一次中美高能物理合作會(huì)議在北京召開(kāi)。鄧小平同志接見(jiàn)了美方代表團(tuán)的全體成員。中美之間在高能物理領(lǐng)域合作的廣度和深度不斷發(fā)展。直到2017年,中美高能物理年度會(huì)談共舉行了37屆,有力促進(jìn)了中國(guó)高能物理事業(yè)的發(fā)展,也成為中美科學(xué)技術(shù)交流的一個(gè)重要窗口,促進(jìn)了中美兩國(guó)人民的相互理解和友誼。

李先生利用多種渠道,為中國(guó)培養(yǎng)了大批高能物理理論、實(shí)驗(yàn)和加速器領(lǐng)域的人才。他親自在北京教授理論物理和粒子物理的系列課程,給“久旱”的中國(guó)物理學(xué)界帶來(lái)了“滋潤(rùn)的春雨”。為了培養(yǎng)中國(guó)高能物理領(lǐng)域的人才,李先生安排了數(shù)十位高能物理研究所科研人員到美國(guó)各大國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和大學(xué)做訪問(wèn)學(xué)者,把握國(guó)際高能物理的最新發(fā)展趨勢(shì),學(xué)習(xí)先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。這批科研人員中的許多人后來(lái)成為中國(guó)高能物理研究的骨干。由李先生推動(dòng)設(shè)立的中美聯(lián)合招考物理研究生項(xiàng)目(CUSPEA)更是為中國(guó)物理學(xué)界培養(yǎng)了大批人才。

建設(shè)北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)

北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)(BEPC)的建設(shè)使中國(guó)有了自己的高能物理實(shí)驗(yàn)基地??梢哉f(shuō),沒(méi)有李先生對(duì)發(fā)展中國(guó)高能物理的遠(yuǎn)見(jiàn)卓識(shí)和孜孜不倦的努力,就不會(huì)有BEPC的建設(shè)和成功。從它的物理目標(biāo)選擇到加速器方案的確定,從工程設(shè)計(jì)到關(guān)鍵設(shè)備訂購(gòu),從人才培養(yǎng)到工程管理,都凝聚著李先生的心血。

1981年3月,李先生和一些美國(guó)科學(xué)家建議中國(guó)建造2×22億電子伏的正負(fù)電子對(duì)撞機(jī),研究粲物理。李先生的建議得到了中國(guó)高能物理學(xué)家的積極支持。

在李先生的幫助下,高能物理研究所開(kāi)始進(jìn)行設(shè)計(jì)和預(yù)制研究工作。1983年4月,國(guó)務(wù)院正式批準(zhǔn)BEPC工程立項(xiàng)。1984年10月7日,鄧小平同志來(lái)到高能物理研究所為BEPC工程奠基,并為高能物理研究所和BEPC題詞。鄧小平同志親切接見(jiàn)了李先生,感謝他為中國(guó)高能物理發(fā)展所做出的努力。BEPC的建設(shè)成為那一時(shí)期中美高能物理會(huì)談的中心議題。BEPC動(dòng)工后,李先生動(dòng)員美國(guó)五大高能物理實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家和工程技術(shù)人員,運(yùn)用各種方式,助力BEPC建設(shè),解決技術(shù)難題,促進(jìn)中國(guó)高能物理和加速器科研隊(duì)伍的成長(zhǎng)。

1988年10月,高能物理研究所在全國(guó)多家單位的通力協(xié)作下,按期、未超預(yù)算、高質(zhì)量建成了BEPC。當(dāng)年10月16日,BEPC成功實(shí)現(xiàn)首次正負(fù)電子對(duì)撞。10月24日,黨和國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人來(lái)到高能物理研究所,在李先生陪同下視察BEPC。鄧小平同志發(fā)表了《中國(guó)必須在世界高科技領(lǐng)域占有一席之地》的著名講話,深刻闡述了發(fā)展中國(guó)科學(xué)技術(shù)的戰(zhàn)略思想,強(qiáng)調(diào)發(fā)展中國(guó)高能物理研究的重大戰(zhàn)略意義,要求中國(guó)高能物理的發(fā)展不能斷線。鄧小平同志還高度贊揚(yáng)了李先生對(duì)發(fā)展中國(guó)高能物理的貢獻(xiàn)。

BEPC投入運(yùn)行后,迅速達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo),成為世界八大高能加速器之一,取得了許多重大物理成果,使得我國(guó)粲物理研究在國(guó)際上處于領(lǐng)先水平,在世界高能物理領(lǐng)域占有一席之地。

BEPC是我國(guó)大科學(xué)裝置發(fā)展的里程碑。它的建設(shè)、運(yùn)行和開(kāi)放為我國(guó)培養(yǎng)了專業(yè)齊全、力量雄厚的加速器和探測(cè)器隊(duì)伍,并積累了大科學(xué)裝置的建設(shè)、運(yùn)行和開(kāi)放經(jīng)驗(yàn)。

制定中國(guó)高能物理發(fā)展戰(zhàn)略

在BEPC獲得成功后,李先生又把目光轉(zhuǎn)向了中國(guó)高能物理未來(lái)的發(fā)展:必須面向國(guó)際高能物理的最新前沿,必須符合中國(guó)國(guó)情,必須滿足國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展的戰(zhàn)略需求。經(jīng)過(guò)多年廣泛深入討論,并得到李先生的指導(dǎo),我們確定了中國(guó)高能物理發(fā)展戰(zhàn)略,制定了《中國(guó)高能物理和先進(jìn)加速器發(fā)展目標(biāo)》,并在2000年7月得到國(guó)家科技領(lǐng)導(dǎo)小組第七次會(huì)議原則同意。

發(fā)展戰(zhàn)略明確了BEPC未來(lái)發(fā)展的目標(biāo),并提出要對(duì)BEPC進(jìn)行重大改造。

在非加速器物理實(shí)驗(yàn)方面,由于微觀的粒子物理研究和宇觀的宇宙論和天體物理研究交叉融合,中微子物理實(shí)驗(yàn)、粒子天體物理實(shí)驗(yàn)、宇宙線觀測(cè)等成為粒子物理研究的熱點(diǎn)。發(fā)展戰(zhàn)略明確,我們應(yīng)當(dāng)根據(jù)國(guó)際前沿發(fā)展動(dòng)向,發(fā)揮我國(guó)特點(diǎn),選擇合適的切入點(diǎn)。

對(duì)于國(guó)際合作,發(fā)展戰(zhàn)略明確,我國(guó)應(yīng)加強(qiáng)高能量前沿大型實(shí)驗(yàn)的國(guó)際合作,例如大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)的國(guó)際合作和國(guó)際直線對(duì)撞機(jī)的研究開(kāi)發(fā)。

此外,發(fā)展戰(zhàn)略還明確,積極發(fā)展基于加速器的大型科學(xué)研究平臺(tái),如先進(jìn)同步輻射光源、散裂中子源、硬X射線自由電子激光等,為多學(xué)科交叉前沿研究提供有力研究工具。

這個(gè)發(fā)展戰(zhàn)略的確定,對(duì)于中國(guó)高能物理的發(fā)展和大科學(xué)裝置的規(guī)劃建設(shè)具有里程碑式的意義。李先生支持這個(gè)發(fā)展戰(zhàn)略,并全力幫助戰(zhàn)略的部署和實(shí)施。

對(duì)BEPC進(jìn)行重大改造

為了保持我國(guó)在世界高能物理領(lǐng)域的一席之地和粲物理實(shí)驗(yàn)研究的國(guó)際領(lǐng)先地位,我國(guó)科學(xué)家提出了對(duì)BEPC進(jìn)行重大改造的建議,得到了國(guó)家批準(zhǔn)。2003年底,雙環(huán)高亮度正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)(BEPCⅡ)完成了全部立項(xiàng)過(guò)程,開(kāi)工建設(shè)。

李先生運(yùn)用他在美國(guó)高能物理界的影響力,動(dòng)員和協(xié)調(diào)各個(gè)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室?guī)椭M(jìn)行BEPCⅡ的設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)。BEPCⅡ的合作成為隨后十年中美高能物理會(huì)談的主題。每年,會(huì)談都會(huì)深入討論BEPCⅡ建設(shè)中遇到的技術(shù)問(wèn)題和需求,并逐項(xiàng)安排解決,一一落實(shí)。李先生多次親自到BEPC隧道視察工程進(jìn)展。

實(shí)現(xiàn)BEPCⅡ?qū)ψ矃^(qū)大交叉角對(duì)撞的關(guān)鍵設(shè)備是超導(dǎo)插入磁鐵。它是當(dāng)時(shí)世界上最復(fù)雜、緊湊的超導(dǎo)插入磁鐵。李先生協(xié)調(diào)我們與美國(guó)布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室合作,成功設(shè)計(jì)和建造了一對(duì)超導(dǎo)插入磁鐵,保證大交叉角對(duì)撞的實(shí)現(xiàn)。根據(jù)李先生的提議,2006年6月中國(guó)科學(xué)院和美國(guó)能源部在高能物理研究所召開(kāi)中美高能物理合作研討會(huì),吸引美國(guó)科學(xué)家參加BEPCⅡ的實(shí)驗(yàn)和大亞灣反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)。2008年BEPCⅡ達(dá)到驗(yàn)收指標(biāo),亮度超過(guò)美國(guó)的CESRc一個(gè)量級(jí)。

促進(jìn)基礎(chǔ)研究國(guó)際合作

大亞灣反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)的科學(xué)目標(biāo)是測(cè)量中微子之間相互轉(zhuǎn)換的參數(shù)θ13,對(duì)粒子物理和宇宙學(xué)研究具有重要意義。大亞灣具有得天獨(dú)厚的條件,是世界上最適合開(kāi)展這類實(shí)驗(yàn)的地點(diǎn)。反應(yīng)堆群功率世界第二,靠近大山,便于建設(shè)地下實(shí)驗(yàn)室以屏蔽宇宙線本底。我們充分吸取已有實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),提出獨(dú)特設(shè)計(jì)方案,預(yù)期達(dá)到0.01的測(cè)量精度。這是在當(dāng)時(shí)國(guó)際同類實(shí)驗(yàn)中的最高精度??萍疾?、中國(guó)科學(xué)院和國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)均已立項(xiàng)支持,并得到中國(guó)廣東核電集團(tuán)、廣東省、深圳市的大力支持。

李先生全力推動(dòng)大亞灣反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)國(guó)內(nèi)立項(xiàng)和中美合作。該實(shí)驗(yàn)也成為中美間最大的基礎(chǔ)研究合作項(xiàng)目。這項(xiàng)合作面臨美國(guó)本土Braidwood反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)的競(jìng)爭(zhēng)。李先生說(shuō)服了美國(guó)能源部,決定只支持大亞灣反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)。這是當(dāng)時(shí)美國(guó)參加的海外高能物理國(guó)際合作項(xiàng)目中規(guī)模僅次于大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的項(xiàng)目。美國(guó)承擔(dān)一半探測(cè)器建設(shè)經(jīng)費(fèi),約1000萬(wàn)美元。從2004年10月起,李先生將大亞灣反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)的國(guó)際合作列入中美高能物理會(huì)談的重要議題,獲得美方全力支持。

李先生推動(dòng)大亞灣反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)國(guó)內(nèi)立項(xiàng)并全力推動(dòng)科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)和中國(guó)科學(xué)院的經(jīng)費(fèi)落實(shí)。那段時(shí)間,李先生每次來(lái)北京都向各位領(lǐng)導(dǎo)介紹大亞灣反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)的重大意義。

2012年3月,大亞灣反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)率先發(fā)表了精確測(cè)量結(jié)果,確認(rèn)了中微子第三種相互作用的存在。該結(jié)果在國(guó)際上獲得了高度評(píng)價(jià),也是中國(guó)高能物理迄今為止獲得的最重要科學(xué)成果之一。

帶動(dòng)更多科學(xué)成果產(chǎn)出

以李先生投入大量心血促成的BEPC為基礎(chǔ),一大批高技術(shù),如微波、自動(dòng)控制、精密機(jī)械、高真空、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)、核探測(cè)等被引進(jìn),有力地促進(jìn)了我國(guó)相關(guān)高技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展及產(chǎn)業(yè)化。

1986年夏,北京高能物理研究所為滿足高能物理國(guó)際合作的需求,實(shí)現(xiàn)了對(duì)瑞士日內(nèi)瓦歐洲核子研究中心計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程登錄。1988年夏,高能物理研究所的計(jì)算機(jī)又通過(guò)瑞士日內(nèi)瓦歐洲核子研究中心的國(guó)際衛(wèi)星線路,進(jìn)入國(guó)際因特網(wǎng),成為中國(guó)在國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)中的第一個(gè)計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)。在中美高能物理會(huì)談的安排下,北京高能物理研究所于1993年正式開(kāi)通了到美國(guó)斯坦福直線加速器中心的計(jì)算機(jī)通信專線。在20世紀(jì)90年代后期國(guó)內(nèi)的因特網(wǎng)商業(yè)市場(chǎng)興起之前,高能物理研究所的因特網(wǎng)曾經(jīng)是國(guó)內(nèi)許多科學(xué)家、外資企業(yè),甚至駐華使館外交官收發(fā)國(guó)外電子郵件的唯一通道。高能物理研究所又率先引進(jìn)了www網(wǎng)頁(yè),并通過(guò)多種方式在國(guó)內(nèi)大力推廣。

在BEPC的基礎(chǔ)上,我國(guó)逐步建設(shè)和發(fā)展了多個(gè)依托加速器的大科學(xué)研究平臺(tái),包括北京譜儀(BES)、北京同步輻射裝置、合肥同步輻射光源、上海同步輻射光源、中國(guó)散裂中子源等。這些大科學(xué)研究平臺(tái)成果豐碩。其中,BES是一個(gè)以我國(guó)為主的國(guó)際合作組,參與者包括國(guó)內(nèi)的18所大學(xué)和研究所的科學(xué)家,4所美國(guó)大學(xué)和研究所的科學(xué)家,以及日、韓、英等國(guó)的科學(xué)家。BES獲取的J/Psi數(shù)據(jù)比其他實(shí)驗(yàn)多一個(gè)數(shù)量級(jí), BES取得的一系列重大成果使粲物理研究成為國(guó)際粒子物理研究的熱點(diǎn)之一。BES的研究成果“陶輕子質(zhì)量精確測(cè)量”“20億—50億電子伏能區(qū)強(qiáng)子產(chǎn)生截面R值精確測(cè)量”均獲得國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

經(jīng)過(guò)多年努力,北京同步輻射裝置逐步成為我國(guó)主要同步輻射光源和進(jìn)行交叉學(xué)科前沿研究的大型研究平臺(tái)。平臺(tái)對(duì)國(guó)內(nèi)外用戶開(kāi)放。每年,來(lái)自全國(guó)100多個(gè)單位的千余名科學(xué)家在這里完成300—400個(gè)實(shí)驗(yàn),取得了許多重要科學(xué)成果。

這些面向多學(xué)科交叉前沿研究的大型綜合性研究平臺(tái)已經(jīng)成為國(guó)家科技創(chuàng)新體系的重要組成部分,對(duì)我國(guó)基礎(chǔ)研究、應(yīng)用基礎(chǔ)研究和高技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域的發(fā)展,實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)具有重大戰(zhàn)略意義。

閃耀中國(guó)物理學(xué)史冊(cè)

從1998年夏我擔(dān)任高能物理研究所所長(zhǎng)至李先生2011年退休,我有幸在他的親自指導(dǎo)和關(guān)懷下工作。每年我數(shù)次單獨(dú)向李先生詳細(xì)匯報(bào)高能物理研究所的工作,與他討論下一段的工作安排,商議與國(guó)家有關(guān)部門(mén)的協(xié)調(diào)和經(jīng)費(fèi)申請(qǐng),以及與美國(guó)合作的協(xié)調(diào)。

李先生在我們遇到困難時(shí)總是伸出援手,為重大項(xiàng)目奔走,幫助我們克服一個(gè)又一個(gè)困難。李先生更是和藹睿智的長(zhǎng)者,二十多年來(lái),每年春節(jié)他都會(huì)寄給我親筆繪制的寓意深刻的賀卡。

如同李先生對(duì)20世紀(jì)物理學(xué)的貢獻(xiàn)已經(jīng)載入物理學(xué)史冊(cè)一樣,他對(duì)中國(guó)高能物理發(fā)展的貢獻(xiàn)也將永遠(yuǎn)載入中國(guó)物理學(xué)的史冊(cè)。

今天我們深切緬懷李先生對(duì)中國(guó)高能物理的巨大貢獻(xiàn)。他對(duì)科學(xué)的執(zhí)著,對(duì)真理的追求,對(duì)中國(guó)的熱愛(ài)和奉獻(xiàn),激勵(lì)著我們團(tuán)結(jié)奮斗,創(chuàng)造中國(guó)高能物理新的輝煌。

(作者系北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室主任、中國(guó)科學(xué)院院士)

責(zé)編:王銘俊

一審:王銘俊

二審:段涵敏

三審:楊又華

來(lái)源:科技日?qǐng)?bào)

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