今年是北京正負電子對撞機(BEPC)和北京譜儀(BES)建成30周年。30年前的1988年北京正負電子對撞機建成并對撞成功和北京譜儀建成并獲取第一批J/ψ事例,標志著北京正負電子對撞機(BEPC)工程取得了巨大成功。它成為我國當年科技界的一個重大事件。實際上,自上世紀80年代初開始的對撞機和譜儀設計、建造還經(jīng)歷了8年多的時間。我是1981年從國外回來,立即就投入了北京譜儀的設計及其后的建造,直至2004年因病才戀戀不舍地離開了我為其工作了24年的北京譜儀。我離開了,但令我感到欣慰的是我的學生都成長起來了。他們成了北京譜儀的骨干,有的還成了學術(shù)帶頭人。
在我為北京譜儀工作的24年間,北京譜儀除了在J/ψ物理、ψ′物理、D物理及Ds物理等方面取得大量的物理成果外,還有兩件我親身參加的重大物理成果。其一是τ輕子質(zhì)量的精確測量,其二是在BEPC所能達到的能量成功地進行了R值掃描測量。這兩個測量的成功都成為BES及國際高能物理界當年的重大物理成果。一舉確立了北京正負電子對撞機(BEPC)及北京譜儀(BES)在國際高能物理界的學術(shù)地位。
先說說τ輕子質(zhì)量的精確測量。那是1991年底及1992年初的事。當年BES合作組內(nèi)部對下一年做什么物理存在兩方面意見:一部分人主張先做D物理,另一部分人主張先做Ds物理,僵持不下。最后還是美方主張做D物理的領導松口說可以先做Ds物理,但條件是允許他的學生先在BES上做短時間的τ輕子質(zhì)量測量。于是BES合作組于1991年10月底正式?jīng)Q定開始做τ質(zhì)量測量。因在這之前關于τ輕子物理BES也做了一些準備,如以e-μ事例來辨認τ輕子的存在及用最大似然法預測下一個τ質(zhì)量測量的能量點的方案也已進行了充分的論證。BES合作組隨即成立了τ質(zhì)量測量領導小組,我有幸成為其中一員。τ質(zhì)量測量從1991年11月1日正式開始。說來非常神奇,在10月下旬BEPC的調(diào)試非常不順利,束流非常不穩(wěn)定,可從11月開始BEPC運行就非常穩(wěn)定,為τ質(zhì)量測量成功奠定了非常好的基礎。在那些日子里BES上的人從早到晚個個都異常興奮。早起彼此見面第一句話就問又發(fā)現(xiàn)了e-μ事例沒有?很快到了1991年年底,我們在無比興奮中渡過了1992年元旦。眼看就是農(nóng)歷春節(jié)了,此時τ質(zhì)量測量取數(shù)階段已進入尾聲。當時興之所至我在BES值班室外的黑板上畫了一幅有關τ質(zhì)量測量的畫,并在春節(jié)來臨之際寫了一副對聯(lián):上聯(lián)是“辭辛未憑欄舉杯賞濁浪滔滔(τ+τ–)尤感歡欣快慰”;下聯(lián)是“迎壬申臨窗把盞盼驟雨滴滴(Ds+Ds–)更覺重任在身”。1991年是農(nóng)歷辛未年(羊年),人們都知道羊年比較苦,但辛未對歡欣快慰,滔滔寓意τ+τ–;1992年是農(nóng)歷壬申年(猴年),猴年比較輕松愉快,但壬申對重任在身,滴滴寓意Ds+Ds–。寫畢不禁有一種得意的成就感。當年應科學通訊雜志之約,我還寫了一篇關于τ質(zhì)量測量過程的報導文章。τ質(zhì)量測量始于1991年11月1日,結(jié)束于1992年1月20日,歷時整整81天,所以我寫了τ質(zhì)量測量取數(shù)歷時九九81天。接下來測量數(shù)據(jù)的分析很快有了初步結(jié)果,非常喜人。消息一出,逼得當時德國和美國的各一個實驗組很快便拋出了他們用不同方法測量τ輕子質(zhì)量的初步結(jié)果,成了為BESτ質(zhì)量精確測量結(jié)果的紅花配上了兩個綠葉。加上隨后其它反應道的分析,BES上τ輕子質(zhì)量的精確測量獲得了巨大成功,成為當年國際高能物理界的重大事件。
再談談R值測量:那是2000年前后的事。因為我參與了早期的R值測量的調(diào)研,后來在國外又專門請教了建議BES做R值測量的外國朋友,知道這是一件非常難的事,歷時長并且有些枯燥。BES在2–5GeV能區(qū)進行R值掃描測量,首先要求對撞機(BEPC)在能量點不斷變化的情況下穩(wěn)定運行,這對對撞機的運行是一個非常高的要求。同時要求測量過程中譜儀(BES)的數(shù)據(jù)分析要跟得上。事情有點難,但我們還是做了,并且做得不錯。BES的測量結(jié)果一公布,國外的分析馬上給出了對電磁精細結(jié)構(gòu)常數(shù)α精度的影響,并同時預言希格斯(Higgs)粒子的質(zhì)量可能比以前預言的更高。在2000年底BES的春節(jié)總結(jié)聚會上,我為現(xiàn)場又題寫了一副對聯(lián):上聯(lián)是“千禧年測量近百點R值預言令希格斯遠走”;下聯(lián)是“新世紀獲取幾千萬J/ψ有望將膠子球生擒”。因為當年關于尋找膠子球的討論很火。大家見了說說笑笑,為聚會增添了不少喜慶的氣氛。在BES上工作,無論是值班取數(shù),還是做物理分析,都是一件很累的事。但如果你真的熱愛它,就會很快樂,即所謂的“累并快樂著”。自然就會有文藝氣氛產(chǎn)生,筆下自然會寫出點東西來,算是自娛自樂吧!
離開譜儀十多年了,可心里還是老想著BEPC和BES,想著在BES工作的那些日子里的人和事。這一輩子遇到不少次他人的詢問:高能物理到底是干什么的?回答多半是對撞機和譜儀有哪些新技術(shù)帶動了國內(nèi)在某些方面技術(shù)的發(fā)展,BES上的物理成果在國際高能物理界的影響等,僅此而已。閑下來到本所東大門內(nèi)看看高能所地標性建筑——有李政道先生題字的正負電子對撞的模型。其中李政道先生題字的最后一行是“天地之藝物之道”,即是說北京正負電子對撞機要探索的正是“天地之藝物之道”。這么多年來,國內(nèi)高能物理的命運起起伏伏,僅方案論證就有“七下八上”之說。早年論證方案時多數(shù)人認為質(zhì)子加速器是首選,因為它打靶可產(chǎn)生豐富的次級粒子,對電子加速器并不怎么待見??墒亲詮挠辛苏撾娮訉ψ矙C,這些概念就全變了。正負電子對撞湮滅后可產(chǎn)生對撞能量下允許的任何粒子。BES在2–5GeV能區(qū)主要做τ–粲物理研究,然而湮滅產(chǎn)物中可產(chǎn)生大量強子,包括各種重子對,這是以前從未想到過的。BES上可產(chǎn)生粲夸克,再高能量的對撞機上可產(chǎn)生底夸克、頂夸克、希格斯粒子等。所以提高正負電子對撞機能量成了下一代對撞機追求的目標。理論物理學家將正負電子湮滅的瞬間稱之為能量火球,在能量閾值允許條件下可產(chǎn)生任何粒子,就像宇宙形成之初大爆炸瞬間一樣。以此感悟我為北京正負電子對撞機(BEPC)和北京譜儀(BES)寫下如下一副對聯(lián):上聯(lián)是“正負電子湮滅變幻混沌宇宙初現(xiàn)”,下聯(lián)是“輕重夸克產(chǎn)生化物大千世界重來”,橫批是“探微覓宏”,意為探測微觀粒子產(chǎn)生,實際上是在尋找宏觀宇宙形成發(fā)展的規(guī)律。
以此文紀念北京正負電子對撞機(BEPC)建成30周年,并預祝更高能量正負電子對撞機方案早日落實并最終實現(xiàn)!
(本文在“紀念北京正負電子對撞機建成30周年有獎征文活動”中榮獲二等獎。)