中美合作：以高能物理為媒

中美合作:以高能物理為媒——對外科技合作系列（之三）謝家麟2009年01月04日09:04來源：《科學時報》【字型大小大中小】列印留言論壇網摘手機點評糾錯 E-mail推薦:「他邀我把五星紅旗升到辦公大樓前」關注中國高能物理髮展的人都知道，1979年改革開放之初，鄧小平訪美期間與美國總統卡特簽署了《中美政府間科技合作協定》。這是中國政府與美國政府簽訂的第一個合作文本。隨後，國務院前副總理方毅和美國能源部前部長施萊辛格簽訂了《中美高能物理合作執行協議》。此後，中美高能物理合作計劃基本上圍繞北京正負電子對撞機、北京譜儀、北京同步輻射裝置建造進行。1990年後，中美高能物理合作計劃圍繞對撞機建成後的運行、改進和物理實驗進行。在早期合作中，中國基本處於學習階段。在接受《科學時報》記者採訪時，中科院高能物理所謝家麟院士回憶，其實中國早有發展高能物理的設想，1978年，政府終於決定派人帶著在國內完成的關於質子加速器的初步設計出國考察，深化設計。其時，中美尚未建交。在政治上，中國科學家們採取了疏遠美國的態度，但他們清醒認識到美國在科技領域中的領先地位，了解到歐洲是高能物理科學的後起之秀。於是中國政府決定，在國內繼續進行設計的同時，派出兩個設計考察組，分別前往美國費米國家實驗室（FNAL）和西歐中心訪問。謝家麟是訪問費米實驗室的負責人。他在《沒有終點的旅程》一書中回憶，訪問期間，美國科學家給予中國訪問者各方面的幫助和支持。特別是華裔科學家李政道和鄧昌黎等給予他們很多指導。鄧昌黎教授供職於費米實驗室。「他不僅在我們居住的廚房壁櫃里堆滿了米、面等中國人愛吃的食品，在辦公地點準備了文具、茶葉和燒開水的電爐等日用品，還親自幫我們改進設計方案，討論加速器的注入和引出等細節問題。」費米負責人R.Wilson是世界著名的加速器專家，當時正在主持世界上能量最高的加速器上的實驗。他對中國科學家十分友好。儘管當時中美尚未建立正式外交關係，但他十分熱情地接待了他們。中國科學家到達後，實驗室還舉行了盛大的歡迎宴會。他和謝家麟都發表了熱情洋溢的講話。謝家麟除了表示感謝外，還風趣地對他們說，「我們來向你們學習，如同直流電向一邊流動。但是，當我們有了建造加速器的經驗之後，我們的交流將會是交流電，它將對雙方都有好處。」10年之後，這句話成了現實。會後，R.Wilson邀請謝家麟把五星紅旗升到費米實驗室的辦公大樓前。謝家麟清楚記得，「在費米訪問末期，李政道教授和袁家騮教授向我方提出：布魯克海文國家實驗室（BNL）的AGS加速器的能量與我們要做的加速器BPS加速器能區相近，有很多可以借鑒之處，應該前往訪問。」因此，在完成深化設計任務之後，他和考察組的部分成員於1978年8月初到了BNL，進一步考察到月底。在此期間，李政道正在BNL講學，與考察組朝夕相處，經常在一起午餐。考察組成員為此聽到他對多種問題的宏論，如中國人口增長的規律等，受益良多。李政道知道能源部高級官員J.Deutach要來實驗室考察，便建議謝家麟去找他，並向他當面介紹了中國學者的設計方案和所需器材，希望得到支持。此外，李政道還要謝家麟去聽自己組織的幾位NBL的有關專家，對適合中國設計能區的探測器和作數據分析的計算機問題的討論，以供參考。謝家麟說，「從我們的接觸中，可以感覺到，他（李政道）對中國的BPS方案有看法。不過，可能由於中國既然已經對建造50GeV的BPS方案作了決定，他就採取了尊重中國的決定並儘力促成它實現的態度。」友好合作積極競爭《科學時報》記者見到北京正負電子對撞機重大改造工程副經理、亞洲未來加速器委員會主席張闖時，他剛結束這個委員會的一次全體會議歸來。在會上，他提出的關於加強亞洲國家和地區在強流加速器方面的合作的建議得到與會者贊同。他也是當年被派往費米實驗室的訪問學者之一。他回憶說，抵達美國後，他們發現國內外高能物理髮展水平形成了強烈反差。這種差距給他們以極大的震撼，大家都抱著一種「追科學」的緊迫感，如饑似渴地學習，夜以繼日地工作。學習中，他們逐步掌握了高能加速器的設計原理、研究方法和技術要點。中美科學家在充分研究國際高能物理和高能加速器的基礎上，提出了在中國建造一台能量為2.22億電子伏特的正負電子對撞機的建議。這就是北京正負電子對撞機。在這個方案中，加速器的能量和規模比原先計劃的「大質子方案」小得多，但由於採用了在儲存環中相向運動的正負電子束流對撞的方式工作，其相互作用的有效能量高，與「大質子方案」有相當的物理目標，而且能一機兩用，開展同步輻射研究。經過反覆研究和論證，中國科學院向國家提出了建設北京正負電子對撞機的計劃，鄧小平聽取這個方案的彙報後非常高興，並表示：「我贊成加以批准，不再猶豫。」1983年4月，國務院批准了對撞機計劃，列為國家重點工程項目。1988年，中國成功建成這一大科學裝置。「北京正負電子對撞機運行了十餘年後，改革開放使我國的科學技術加入國際合作與競爭。」張闖說。2001年3月，當張闖與高能所所長陳和生、副所長李衛國再次訪問美國時，得知康奈爾大學在2.56億電子伏特高能量下工作的正負電子對撞機準備進行改造，他們感到了一種新的壓力。國際高能物理學界都知道，中國的對撞機建成後取得了大量科研成果。而一向引領科學發展潮流的美國人，決定將其對撞機的束流能量降低到中國對撞機的能區工作，且主要設計指標超過了中國對撞機的性能。「為了繼續保持在國際高能物理研究上的優勢，我們回到研究所召開了座談會，討論是放棄BEPCII計劃，還是提高BEPCII競爭力。經過激烈爭論，我們提出了新的改造方案，設計對撞亮度比原來的對撞機高100倍，是康奈爾大學對撞機的3~7倍，從而大大提高了競爭力。這就是正負電子對撞機的改造方案，也得到了國際科學界的支持和中國政府的批准。」他說。「20年前我們建造對撞機，依靠的是改革開放中的實事求是、自力更生和艱苦奮鬥精神；20年後對撞機的重大改造工程，除了繼續發揚團結拼搏的奉獻精神、堅持實事求是的科學態度，還要遵循市場經濟的規則、規矩和規律，依靠改革開放帶來的工業發展和科技進步。」據張闖介紹，工程採用的超導高頻腔和超導磁鐵在國內缺少技術積累，我們就再次通過國際合作，在引進技術的同時，發揮主導作用，掌握了研製和測試技術。「改革開放30年只是人類歷史長河中短暫的一瞬，而正是這閃亮的一瞬，改變了歷史的進程和世界的格局。改革開放為我國科學發展注入了活力，作為國家創新體系的重要組成部分，大科學工程將為我國21世紀的騰飛構築堅實的平台。」張闖說。談到確定對撞機的重大改造工程方案中面臨的國際競爭，張闖還引用了李政道對他說過的一句話：「Lifeisinteresting」（生活是有趣的）。中微子探測：合作新起點繼北京正負電子對撞機之後，在中美高能物理會議協商機制下，新世紀中美高能物理不斷擴大合作範圍，並不知不覺中改變了合作方式。從得到幫助到給予幫助，大亞灣反應堆中微子實驗是一個全新的合作範例。據中科院高能物理所副所長、中微子合作項目中方發言人王貽芳介紹，大亞灣中微子實驗已完成了概念設計、工程設計和小模型實驗，現正在按設計進行工程建設和設備研製。比如中方負責的隧道建設正在進行中，首個高精度的探測器機械結構製造接近完成，美方和中國台灣地區負責的大型有機玻璃罐正在製造中，美方採購的2000多個光電倍增管已到貨400多個，中方設計的各種電路板正在研製和批量生產中，高能所研製的氣體探測器正在建造和組裝中，液體閃爍體已開始試生產……「合作各方各負其責，進展比較順利。」王貽芳說。王貽芳向《科學時報》介紹了大亞灣中微子實驗的科學意義。她說，過去的科學研究結果表明，物質世界是由12種基本粒子構成的，其中3種是中微子。中微子不帶電，僅參與非常微弱的弱相互作用，極難探測。但宇宙中存在大量中微子，約100個/cm3，與光子數量相當。以前人們認為中微子沒有質量，但後來從大氣中微子和太陽中微子實驗中，發現不同種類的中微子之間可以在飛行時發生轉換，稱作中微子震蕩，間接證明中微子有質量。大亞灣中微子實驗就是利用核電站在發電時發出的中微子，尋找一種與大氣中微子和太陽中微子震蕩不同的一種新的震蕩形式。據王貽芳介紹，大亞灣科學實驗的參與者主要來自中美兩國科研機構，中國大陸先後有12個科研機構加入，香港和台灣地區有5個單位；美國共有14個科研機構參與，包括2個國家實驗室。此外，俄羅斯和捷克各有2個和1個科研機構參加。分工方面是根據各方的興趣、技術特點以及投入的科研經費進行的，並盡量考慮有效利用經費。總經費由中、美以2∶1分擔，其他國家各有一些具體實物投入。中方負責全部隧道、地下實驗室與地面輔助設施的建設，約佔全部經費的1/3，同時負責中微子探測器與繆子（muon）探測器的一半，讀出電子學、觸發與數據獲取的全部和刻度系統的小部分等，約佔全部經費的1/3。美方主要負責中微子探測器與繆子探測器的另一半，刻度系統的大部分，佔全部經費的1/3。俄羅斯將貢獻中微子探測器所用的液體閃爍體的一部分，捷克貢獻繆子探測器的一部分，中國台灣貢獻有機玻璃罐，中國香港負責刻度系統和數據獲取的一部分。據中科院高能所科技處提供的資料，大亞灣中微子探測實驗國際合作組組建於2006年2月12日，實驗預算經費為2.5億元人民幣，不同分工保證了中國在這一合作中的主導地位。美國能源部基礎科學局副局長DennisKovar在2007年的第28屆中美高能物理聯合委員會會議上，稱「該實驗是雙方合作的歷史性機遇」，這是採用中微子實驗手段研究宇稱守恆的一次具有深遠意義的行動，美國國家科學基金會、美國物理學會、美國高能物理顧問委員會等組織和機構高度重視這一實驗。對於採取國際合作方式進行中微子探測實驗的原因，王貽芳解釋，一方面是當時不能得到所需要的經費支持，另一方面以國際合作方式開展高能物理實驗是國際慣例，中國的高能物理髮展也應該走這一步。政府重視但不受政治干擾採訪中，王貽芳特別指出，中國高能物理的發展，經過30年的努力，從1978年開始討論北京高能物理實驗裝置，到北京正負電子對撞機和北京譜儀，完成了幾次重大跨越。現在正在等待驗收的北京正負電子對撞機改造工程，證明了中國人已完全具備了高能物理實驗的設計與建造能力，能夠根據自己的物理目標設計實驗設備。而大亞灣中微子實驗，是中國人第一次用自己的物理思想在本土開展的高能物理國際合作項目。據記者了解，中美之間目前正在開展的科技合作項目有1000多個。目前兩國間的科技合作活動已構成各自規模最大的對外科技合作關係。自《中美政府間科技合作協定》簽署以來，雙方在科技合作協定框架下共簽訂了30多個部門間科技合作議定書或諒解備忘錄，在幾十個領域開展了大量形式多樣的合作活動，包括合作研究、聯合調查、技術諮詢、共同舉辦學術會議、合作開發等，人員交流不計其數。對30年中美合作的最成功之處，王貽芳表示，「也許高能物理科學與其他科學不一樣，世界各國發展高能物理都以國際合作形式進行，中國沒有例外。但中美高能物理合作得到了中國政府的高度重視，每一屆政府的高層領導人都十分關注高能物理的發展。特別值得注意的是，中美高能物理合作沒有受到政治因素的干擾，每年一次的中美高能物理會談從未中斷。這應該是中美高能物理合作最明顯的特徵」。王貽芳說。對於形成這一特徵的原因，王貽芳表示，也許是起步時所設計的合作機制發揮了關鍵作用。也許，李政道先生對此有過預見性的考慮。在中美政治上遇到障礙時，許多科技合作曾一度終止，但高能物理合作卻從未間斷。就在溫家寶總理2008年11月初視察高能物理所前，第29屆中美高能物理會談在高能所舉行。會議繼續討論和協商了新一年合作的具體工作的安排。（責任編輯：李江（實習））中國網路媒體風雲榜「責任中國」系列評選2008人民記憶
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