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膠子發現40周年回顧:
【中國科學報】中國科技大門初開的歲月
2019-09-03|文章来源:中国科学报 倪思洁 |【
 

  40年前,1979年9月3日,《物理評論快報》發表了一篇4頁紙的論文,報告了美籍物理學家丁肇中領導的Mark-J實驗組發現膠子的證據。

  40年后,2019年9月3日,中國科學院院士、中國科學院高能物理研究所前所长陈和生感慨:“那是中国科学技术对外开放的一个重要里程碑。”

  二者如何聯系到了一起?作爲曆史的親曆者,陳和生向《中國科學報》講述了那篇論文和論文背後鮮爲人知的故事。

  一場會見

  1977年8月,美國麻省理工學院物理學教授丁肇中,帶著妻子和女兒回國訪問。

  那是一個特殊的年代,“文革”已經結束,科研人員看到了中國科技重新起步的希望。但是,壓抑仍未退去,科研人員一邊摩拳擦掌一邊又遲疑不定。

  8月17日,剛複出不久的鄧小平同志接見了丁肇中和他的家人,並指出,科學是老老實實的事,一點不能弄虛作假,我們一定要搞好科學研究,科學技術是人類共同創造的財富,學會先進的東西才能超過先進。

  鄧小平向丁肇中提出了一個建議——派遣中國物理學家到丁肇中在德國漢堡的實驗組參加粒子物理實驗,培養高能物理實驗研究人才。

  “我們這次來中國參觀,看到大家很有幹勁,都想把科技搞上去。我相信中國這麽大、人口這麽多、搞科研的曆史這麽久,一定會出人才,會很快趕上科學先進水平。”丁肇中說。

  一次轉折

  会见结束后,丁肇中开始积极推动國際交流事宜。1978年1月,由高能物理学家唐孝威领导的中国物理学家团队,到达德意志同步加速器中心(DESY),参加丁肇中在佩特拉(PETRA)正负电子对撞机上的Mark-J实验。

  “這是‘文革’結束後,中國科學技術對外開放的一個重要的裏程碑。此後,大批中國訪問學者和留學生開始到西歐、日本和美國等發達地區和國家學習,對中國科學技術的改革開放産生了深遠的影響。”陳和生說。

  1979年4月,第二批中國科研人員來到了丁肇中實驗組。陳和生就是其中之一。

  1978年,陈和生顺利考上中國科學院高能物理研究所研究生。当时,恰逢丁肇中应邓小平请求为中国培养高能物理人才。鉴于第一批中国科研人员年龄偏大,丁肇中决定从新招收的研究生中选。他还专门派实验组里的科研人员为这些研究生开设了培训班,使他们在国内就可以进行粒子物理实验和英语训练。

  陳和生記得,一起參加國內培訓的共有20多名同學,有些人聽說丁肇中工作作風嚴厲而退卻。最終,1979年4月,從沒走出過國門的陳和生與14位同學一起來到了Mark-J實驗組。

  這不僅成爲了陳和生一生的轉折點,也成了中國高能物理學科的轉折點。

  “在丁肇中組裏工作很累,跟國內某些懶懶散散、無所事事的工作氛圍反差很大。”在丁肇中手下工作的那段時間,陳和生從來沒有在午夜12點前結束工作。

  曆史證明,這份嚴格的確爲中國高能物理培養出了不少人才。中科院高能物理研究所最近3任所長——鄭志鵬、陳和生、王贻芳,都曾在丁肇中實驗組工作和學習過。

  一支隊伍

  在德國漢堡,中國科研人員參加了Mark-J探測器的設計、建設、運行。他們的工作重點之一,是尋找當時備受高能物理學界關注的膠子的存在證據。

  物質由分子組成,分子由原子組成,原子由電子和原子核組成,原子核由質子和中子組成,質子、中子由誇克組成。可是,誇克是怎麽聚到一起組成質子和中子的呢?

  半個世紀前,科學家曾預言,誇克之間有一種相互作用,這種作用像膠水一樣把誇克“粘”到一起,他們因此給這種作用力起了個名字——膠子。

  预言毕竟只是种想象,科学家们开始寻找胶子存在的证据。Mark-J实验组就是这群科学家中的一支隊伍。

  1979年8月,Mark-J實驗組發現了三噴注現象。科學家們知道,正負電子對撞之後,撞出的高速誇克束流會形成兩個背向而行的噴注,可是第三個噴注是什麽?根據理論模型,他們猜測,這可能是膠子存在的證據。

  于是,他們在計算機上模擬出有膠子和沒有膠子的各種情形,並將數據模擬結果與實驗結果進行對照,最終確認了第三個噴注來源于膠子的發射。

  1979年9月,Mark-J實驗組在《物理評論快報》上發表了他們發現膠子的結果——《佩特拉對撞機上的三噴注事件發現及量子色動力學檢驗》。

  DESY實驗室時任主任赫維格·肖珀教授曾評價:“人們以非常令人信服的方式注意到Mark-J的實驗數據與輻射膠子假設的一致性,從而排除了誇克反誇克模型的版本……Mark-J第一個從統計意義上發現了‘三噴注’模式。”

  1995年,因爲發現膠子,陳和生和實驗組的紐曼教授一起,代表Mark-J實驗組,在比利時布魯塞爾舉行的歐洲物理學會高能物理大會上,接受了歐洲物理學會授予的特別獎。

  如今,距離膠子發現已過去40年,但對于中國來說,膠子的發現具有比發論文和獲獎更重要的曆史意義。“從Mark-J實驗組回來後,中科院高能物理所開始參照國際高能物理研究的方式方法,建立起了屬于中國自己的高能物理研究平台,也爲此後我國研制第一個大科學裝置——北京正負電子對撞機培養了大批人才。”陳和生說。

  (原載于《中国科学报》 2019-09-03 第3版 综合)


 
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