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北京正负电子对撞机设计中的谢家麟(上)

朱新娜  发表于 2018年05月17日

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谢家麟

 

科学世界:请您介绍一下北京正负电子对撞机的背景。

张厚英20世纪70年代,张文裕先生和谢家麟先生等很多位科学家给周总理写了一封信,建议搞一台高能加速器,开展高能物理研究。19753月,周总理在病床上做了批示:“这件事不能再延迟了。”这给当时的高能物理所科技人员以极大的鼓舞。

搞什么样的加速器呢?最早我们认为应该搞一个打静止靶的质子加速器。1977年,中央批准了“753”工程,后来又叫“八七”工程,能量指标是50GeV,这是个大高能的概念,是在相信经费不成问题的情况下提出的。但实际上,当时我们国民经济差得很远。后来,中央又决定先建一台将来做注入器的小加速器,叫“增强器”(Booster),能量为5GeV,但即使这样,钱也差得很远。

经国内外专家反复酝酿、争论,到198312月,中央批了北京正负电子对撞机,批的能区是在2.2GeV,这就是“8312”工程。加速器的建设可以说是今天提一个方案上不了,明天提一个方案上不了,我们叫“七上八下”,现在的北京正负电子对撞机(BEPC)算是八上了。

 

科学世界:一种是质子加速器,一种是现在的正负电子对撞机,为什么后来还是选择了正负电子对撞机?

张厚英:建造质子加速器的初衷是证明中国有这个实力来建造一台加速器。钱不够,后来干脆就做5GeV的吧,5GeV又有不同看法。最后,谢先生到美国去考察,包括李政道在内的很多科学家的意见是要建设一台正负电子对撞机。

他们特别提出在2.22.8GeV这个能区范围里有物理窗口,有大量的物理现象可能出现,τ轻子、粲粒子在这个能区范围内都有一些,特别是美国著名的加速器专家潘诺夫斯基教授极力主张。当时的诺贝尔奖获得者、后来的斯坦福直线加速中心(SLAC)所长里克特教授也主张在35GeV能区范围内有很多的物理工作,李政道也这样认为。我们要建一个加速器主要是要做物理工作啊,所以这一部分人主张的这个方案也就慢慢占了上风。

后来,美国布鲁克海文国家实验室(BNL)的老所长提出来,如果在2.2GeV基础上再扩展一下,将同时有很多的物理工作可以做,建议改到2.8GeV。但如果直接提到2.8GeV会有很多争议,因为钱不够。钱三强作为当时中国科学院主管副院长权衡各方面意见,最后拍板定案说:“到此为止,不要再争了,还是2.2GeV,但可以扩展到2.8GeV。”也就是今天的2.22.8GeV。说实话,即使这样,当时依然有人主张搞质子加速器。好在争论就此平息了,大家一起向前走。

 

科学世界:为什么还有人坚持搞质子加速器呢?谢先生主张哪种方案?

张厚英:大多数人对这个工作还不了解,质子加速器简单。质子质量大,能量容易提高。一边是静止靶,一边是束流,“啪”一下打过来,轰击出来一些粒子就可以看到了。正负电子对撞机非常难,一个正电子束流和一个负电子束流,在240米储能环里转。两个束流要在精确的控制下实现对撞,交会的位置稍微错一点,对撞的密度就不够了,必须对撞很准才能达到需要的亮度每平方厘米每秒1030,要不然每平方厘米每秒1027、每平方厘米每秒1028、每平方厘米每秒1026都可能的,控制不好亮度就降下来了。要在探测器附近控制正负电子对撞,要达到高亮度,可以想象,在技术上实现该是多么困难啊。

谢先生倾向于正负电子对撞机。1980年,他到美国去,和我们在那里的很多留学人员进行讨论。回来以后,邓小平去美国访问签订了一个协议,内容是关于高能物理合作的,回到国内又经过学术委员会讨论,还是有一部分人认为要建造质子加速器。于是就派谢家麟到美国去讨论今后的合作问题,那次去,中央给的方案是搞质子加速器。后来李政道打来电话,他很不满意,说折腾了半天还是这样一个结果,就打电话给钱三强,最后国内进行研究,确定上正负电子对撞机。

我们第一次实现对撞和邓小平去参加庆典的时候,对撞机的亮度是每平方厘米每秒1028。加速器就是在逐步调整中达到原定指标的。这是允许的,不要以为一下子就能达到,这是不可能的。


(本文发表于《科学世界》2012年第4期)



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