雾中的神山:遥望李政道先生

文摘   2024-08-11 09:10   泰国  


小时候,寥若晨星的科学家前辈点亮了很多人的童年梦想。这些前辈就像雾中的神山,吸引着朝圣者排除万难前往探索。当年的幼童替大人读报,在日复一日的领导人活动中,读到罕有的李政道来访报道,一颗当物理学家的种子就此播下。这颗种子陪伴着作者进入北大物理系,尽管和李政道先生的CUSPEA失之交臂,也在谋生之路上离物理学家的理想越来越远,但李先生一直像远方的神山,始终伴随在作者的人生之旅中。




沉痛!哀悼!

美国当地时间2024年8月4日凌晨,世界杰出科学家、1957年诺贝尔物理学奖得主李政道先生(1926年11月24日—2024年8月4日)在美国旧金山逝世。



雾中的神山


遥望李政道先生


1974年,五岁的我因为早早认识两三千汉字,常被姥姥带到居委会,给爷爷奶奶们读人民日报。那个轰轰烈烈的年代,是以这样的方式载入我记忆的。中央领导、元帅将军和英雄模范是那个时代上报率最高的人物。除此之外就是那些访华或被批判的外国政治人物,名字很不好念。

这年的五月,中央的领导们,从周总理、邓副总理到毛主席,都在会见一位我从来没听说过的华人——李政道博士。







他是谁?博士是什么?


这是我第一次有冲动想了解一个陌生的名字背后的故事。但是那时的报纸上并没有他的具体介绍,家里的长辈也不了解他到底做过什么。

这个问题直到后来改革开放之后,也就是1977-1978年的时候,才开始有了部分答案。国内开始正面报道杨振宁、李政道和吴健雄等科学家,以及诺贝尔物理学奖。我也被其中奇妙的微观物理世界所吸引,人生的目标开始从推土机驾驶员向科学家转变。





第三套人民币上的女拖拉机手



就物理吧,就博士吧


我上小学那阵,父亲平反后为解决两地分居问题搬去了武汉,把我独自留在了外祖父母家里。外祖父解放前就是经验丰富的铁路工程师,在淮海大战时也算及时参加革命的有功之人,工资待遇很高。给我每周一块钱的零花钱,我差不多都用来买当时盛极一时的科幻小说和科普系列丛书了,生物和物理是我那时的最爱。

直到1986年高考,我仍幻想着报考生物系,但体检时却怎么也过不了色盲测试,只好退而求其次,报了物理系。

既然上了物理系,就不可避免地在学习公式及其物理意义的同时,学了一大堆物理学史,才知道杨振宁、李政道先生的诺奖工作是多么重要。又赶上中国开始正式恢复学位制度,博士是什么的问题终于有了答案。诺奖太遥远,博士一定要来一个。








撞大运,就那里了


刚入校门时,就得知了李政道先生主持的赴美物理研究生计划——CUSPEA。羡慕之余,因为自己的英语太烂,就没敢想。结果CUSPEA最后一届是85级师兄,我们没赶上末班车。这大概能算是和李先生第一次擦身而过。同学们似乎有一半在狂热学英语,考托考G。但是当时自费出国留学必须有海外关系,可俺啥都没有,所以就逆潮流躺平了。又赶上特殊原因,1990年毕业分配和考研都不顺利。当时工作也没找,去人才市场转了一圈,才发现自己好像上了一个假的大学,没学到什么别人想要的技能。

七月份,我百无聊赖地在空了一半的宿舍楼里打包,准备先回父母家里去,从长计议。辅导员突然在楼道里叫我,我一脸问号地出去问啥事。他居然让俺自己挑,中科院物理所还是北大的研究生,系里决定推荐我了。俺当时被突如其来的幸福砸得晕晕的,傻傻地问了一个问题,为啥是俺啊?他说你成绩排二十几位,排你前面的都出国了。哦,这样啊!那研究生在哪儿上课啊?辅导员似乎没想到我会问这么个问题,说北大研究生自然还在北大。然后翻了一阵子笔记,才说科学院在高能所盖了一座新研究生院楼,应该是那里了。







当时中国物理学界的最大新闻,就是1990年7月21日,北京正负电子对撞机正式通过验收,成为参与国家间科技力量顶级比拼的科学重器。这也是继“两弹一星”后中国高科技领域里的又一个重要成就。而推动BEPC(Beijing Electron Positron Collider)的,正是李政道先生。









当时我就想,CUSPEA错过了李先生,这回天上掉馅饼,可不能再错过了。于是秒选物理所,根本没想到物理所和高能物理所是两码事。








BEPC


到了那里,才慢慢了解到一些秘辛。诸如面对反对中国建造大型粒子加速器的声音,李政道先生力主即便没有能力搞世界顶尖的,至少也要搞一台力所能及的,因为国际上现有的加速器没有覆盖到能谱范围的加速器。BEPC的设计参数组合就是他精心选择的适合中国当时国力的一个上佳方案。

BEPC设计的蓝本参考美国斯坦福大学的SLAC电子加速器。当时的中国科技政策倾向于应用物理,如果纯粹用高能物理立项困难重重。

早在1979年BEPC筹备立项的时候,李政道先生就建议在BEPC的储存环上增加同步辐射光束线。这样BEPC就可以在开展基础物理研究的同时,促进中国应用高能物理的研究。这个一机两用的方案,在1984年得到中央批准,奠基开工。






当时中国在大型加速器的设计建造方面几乎是空白,李政道先生花费了大量时间精力协调中美高能物理合作。在他的协调下,斯坦福SLAC(斯坦福线性加速器中心)的主任潘诺夫斯基教授以及美国阿贡国家实验室、布鲁克海文国家实验室、费米国家加速器实验室、劳伦斯伯克利国家实验室以及欧洲核子中心以“李政道学者”的名义组织了近40名专家教授,为BEPC的建设出谋划策。1979年6月11和12日,在中美高能物理合作协议定稿阶段,李政道教授和潘诺夫斯基教授劝说美国能源部代表里斯直接和卡特总统沟通,卡特总统授权里斯代表美国能源部以政府间合作的高度签署了《中华人民共和国国家科学技术委员会和美利坚合众国能源部在高能物理领域进行合作的执行协议的附件》和《1979年6月至1980年6月中美高能物理技术合作项目》两个文件,开启了中美高能物理合作的大门。

1986年10月16日,BEPC正负电子对撞成功。之后的几年,因为国际政治风云变幻的原因,中美蜜月期结束,大量中美合作项目,诸如麦道80、歼8和平典范计划,都因种种原因夭折。但是李政道先生主导的基于BEPC的高能物理合作,基本上规避了政治的影响,坚持了下来。






1979年6月10日-13日,中美高能物理联合委员会第一次会议在北京召开,邓小平、方毅等国家领导人接见了中美高能物理联合委员会成员(前排左六为李政道)


BEPC运行的初期相当坎坷,一年有大半年都在维修,出的成果也很有限。那个阶段李先生来得比较频繁,具体做了什么我们没进实验室的学生也不知道。公开的新闻只是说,李先生组织了美国十多所大学的科学家和高能所合作,1991年在北京谱仪上完成τ轻子质量的精确测定,被誉为当年高能物理界最重要的成果。每次他回来的时候,通常会有一个在阶梯教室的公开讲座,介绍国外加速器的近期研究成果。每回有他讲座的时候,阶梯教室都坐得满满的,过道里也会站不少人。当然多半是听不懂的,我也基本上听不懂。那时在学量子场论,虽然仍旧是不懂那些细节的东西,但至少这些名词还在能理解的范畴。这一段大概是我和李先生距离最近的时候。

记得有一回,有人问他现在这加速器毛病多多,已经花了快十亿了,就出了一个成果,到底还值不值得继续搞?他当时具体怎么说的已经记不得了,大体上的意思就是,这个加速器出不出成果、出多少成果并不是最重要的。更重要的是,有这个加速器在,中国就能维持一支围绕加速器设计、维护和运行的团队,同时培养很多支为这个加速器正常运转而工作的团队,包括设计制造维护探测器,从配电、真空、控制网络直到辐射防护和安全规章等其它外围设备提供支持,以及相关的数据采集、存储、处理,直到项目管理等。等到中国以后经济上有能力开展更大规模的高能物理研究的时候,我们就有一支训练有素、门类齐全的技术队伍。没有这样一支队伍,到物理学真有摸得着的突破契机的时候,你就算是有钱也什么都做不出来。机会总是只为有准备的人开放的。

在中科院研究生院的学习只有一年时间,然后大家就散伙回所了。我们也就只是作为参观者在BEPC里面走了一圈,我心里挺失落的。可是当时又没有什么转研究所的机制,我唯一能做的,就是试图在物理所找一个还能回到加速器上做实验的项目。






李政道先生在研究生院讲授课程



从BSRF到SSRF,终于掉队


BEPC的形状像一个大型羽毛球拍子,圆形的球拍是周长240米的储存环,球拍的把手是全长202米的行波直线加速器。






电子对撞发生在球拍顶端的谱仪大厅,而两侧第二第三象限的加速器环上可以插入Wiggler(摇束器)和Undulator(波荡器)磁体,成为X光波段的同步辐射光源。在初期我回高能物理所的时候,正好车荣钲教授级高工申请到了在BSRF上筹建高压站的经费,我就一头扎进了这个大冷门的课题。当时BEPC每年有三个月时间开放同步光源,我们利用九个月的空窗期手搓实验平台,在三个月的出光期开展测试和数据采集。当时没有啥像样的加工厂,自己画图,所里车间做的精度不够,学了不少机械加工自己干。这样的模式在建站初期还能合理分配工作量,但是当实验技术相对成熟后,9个月的等待就变得非常漫长。

1993年,丁大钊、方守贤、冼鼎昌三位院士向国家建议在中国建设第三代同步辐射光源SSRF。李政道先生和他领导的中国高等科学技术中心对SSRF提供了多方面的支持。这个项目直到1998年才完成立项。上海市政府决定一期工程偏重软X光,我们需要的硬X光束线未被纳入计划。同时,因为SSRF立项,BEPC/BES/BSRF升级到BEPC II的计划推迟。作为外围同步辐射工作站,加速器整体升级计划未确定,我们无法进一步开展工作。我当时留所做助研,面临或者改变专业方向或者出国深造的选择。在1999年末,由赵忠贤教授推荐,我转而师从斯坦福大学Martin Greven教授在斯坦福同步光源SSRF上建设超低温同步辐射X射线衍射谱实验站。

这是一个美国能源部资助的基础研究项目。非常不幸的是,我们刚刚完成设备调试准备开始流水线式的数据采集,911事件发生,能源部裁了我们的项目。当时整个美国同步光源学科都在裁人,而中国BEPC II原有设计被基础更好的康奈尔大学的CESR降能运行计划顶掉,前途未卜。SSRF也迟迟没有动工消息。当时我急于找一个过渡的地方,就利用自己在斯坦福积累的低温、真空和电子设备方面的经验,进入了一个完全陌生的领域——核磁共振成像。之后因为家庭的需要,未能找到回归物理领域的途径,从此离开了遥遥跟随李政道教授开辟的中国高能和同步辐射物理领域。






李政道鼎力支持的SSRF鸟瞰图



李先生的脚步却没有停下


在我离开物理领域之后,李政道先生扶持中国高能和同步辐射物理的脚步一直艰难前行。2001到2002年,李先生多次给朱鎔基总理和当时的科技部基金委领导写信,终于促成BEPC II双环计划,拿到5.4亿元经费,工程于2004年1月动工。上海的第三代同步辐射光源SSRF也于2004年12月开工建设。

在1998年到2004年之间,李先生主持的CCAST通过主办中国加速器学校(CAPS 98)等等,不间断地培养了数百名精通加速器和同步辐射技术的人才。







两件事,李先生尽力了


早在1975年,中国政府曾经批准建造一台40GeV的质子同步加速器(BPS),定名七五三工程。1977年2月李政道先生访华得知此事,马上看出了问题。当时国际上的先进质子加速器的能量已经远高于此,这是个没有希望做出顶级水平的科研成果。但是出于对中国政府的尊重,他只是写信给当时的高能所所长张文裕先生,表达了自己的担忧。后来这个计划果然走进了死胡同,1981年1月国家计委砍掉了这个进展缓慢的计划,高能所陷入严重危机。李政道先生在1981年1月14、19和23日连续给国内打了三次电话,以中美科技合作项目中方不能单方面中止的理由,要求中国政府考虑各种可能的替代计划。潘诺夫斯基教授提出利用BPS预研剩余的9000多万元经费启动正负电子对撞机计划。经过近一年的反复博弈,在12月22日说动中科院领导向中央提交了一份紧急报告,要求中央从速决策。25日中午,小平同志会见并宴请李政道先生,万里、姚依林等领导人陪同,BEPC一机两用方案拍板实施。

这件事从后来的中美关系发展来看,假如再拖延几年,中美蜜月期结束之前不能投入运行,势必会和麦道飞机与“和平典范”一样中道崩俎。李先生的坚持,为中国的加速器事业奠定了一个不可缺少的基础。

“物之道:道生物,物生道,道为物之行,物为道之成,天地之艺物之道。”在高能所门口矗立着一座名为“物之道”的雕塑,雕塑正面镌刻着李政道先生的这首诗。







从1970年代的“李政道学者”计划开始,直到他2014年给中央领导写信,建议参照对世界科学发展产生了巨大影响的玻尔研究所,在中国建立一个世界顶级研究所,李先生一直致力于为中国培养高水平理论物理和高能实验物理研究人才。李政道研究所于2016年挂牌成立,吸引汇聚了来自十六个国家的近百名科研人员。

当年的915名CUSPEA学子,如今已有12位科学家成为院士,约300多人在国际科学技术组织中任职,100余人次获得各类国际科技大奖,400多位成为高科技发明家和企业家。他推动的中国博士后工作站制度,已经成为中国青年学者起步的必由之路。








薪火相传





从BEPC开始的中国加速器大科学,再从最早的美国五个顶级加速器实验室扶着起步,到如今北京怀柔科学城在建的HEPS高能量同步辐射光源,再到拟议中的90~240 GeV的高能环形正负电子对撞机(CEPC),中国的高能物理科学已经开始在逐渐强大的国力支持下从举步维艰走向了世界一流。如果没有李政道先生的坚持,中国理论物理和高能物理追赶世界顶级水平的道路,恐怕会加倍艰辛。






李政道先生于2024年8月4日在旧金山溘然长逝。在他生命的最后十年里,并未再度造访他倾尽半生心力推动前行的祖国。我不知道他为何没有选择在中国度过自己的晚年。将心比心,我可以感受到他在这呕心沥血帮扶中国高能物理科研的道路上,经历了太多的艰辛和挫折。从大半的CUSPEA学子没能抵御计算机科技和华尔街大潮的诱惑,到每次加速器决策的反复,这一路负重前行,恐怕真的很累,真的有很多遗憾。但是我从来没有听说过他在任何场合表达过抱怨,只是自己默默承担了下来。

“细推物理须行乐,何用浮名绊此身”。上海交大李政道研究所8月5日发布的讣告中,引用了杜甫的这两句诗。李政道先生生前曾多次引用这两句诗,他认为“这道出了一个科学家的真正精神”。后半句他做到了,但是前半句,他恐怕只是自勉。四十年的负重前行,他承受了太多,托起了整个中国的高能物理领域。







做为一个曾经仰望他的后辈,一个曾经在他开辟的道路上行进过的掉队者,我本无资格去写他。本文草草拟就,越写越有愧。只希望仍旧追随他的脚步的师兄师弟,能够实现他的梦想,用世界领先的加速器系统和高能物理成果,告慰他不朽的灵魂。

2024年8月6日于美国亚特兰大






部分内容摘自名家悼文,特此致谢!


演唱:徐光照




周  镭


北大86物理系。初,从包头经武汉而入京,以偏科数理入北大,逗留13载,于物理高能两所以X光高压观物质结构。世纪末欲赴沪不得,辗转加州,涉足低温强磁物理三年,废于拉登一击。终定居亚特兰大,以MRI观人体结构意识活动,已17年有余。喜术数,习以计算机操之。囿俗务,常代水电泥瓦木诸匠。




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《石舫塔影》李政道纪念特辑

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刘旭东(法律顾问 音乐总监)

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本期主编:郭美云、周晓剑 |  演唱:徐光照

图片提供:周镭;并致谢网络

2024年8月11日


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