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胶子发现40周年回顾:
【中国科学报】中国科技大门初开的岁月
2019-09-03|文章来源:中国科学报 倪思洁 |【
 

  40年前,1979年9月3日,《物理评论快报》发表了一篇4页纸的论文,报告了美籍物理学家丁肇中领导的Mark-J实验组发现胶子的证据。

  40年后,2019年9月3日,中国科学院院士、中国科学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。”

  二者如何联系到了一起?作为历史的亲历者,陈和生向《中国科学报》讲述了那篇论文和论文背后鲜为人知的故事。

  一场会见

  1977年8月,美国麻省理工学院物理学教授丁肇中,带着妻子和女儿回国访问。

  那是一个特殊的年代,“文革”已经结束,科研人员看到了中国科技重新起步的希望。但是,压抑仍未退去,科研人员一边摩拳擦掌一边又迟疑不定。

  8月17日,刚复出不久的邓小平同志接见了丁肇中和他的家人,并指出,科学是老老实实的事,一点不能弄虚作假,我们一定要搞好科学研究,科学技术是人类共同创造的财富,学会先进的东西才能超过先进。

  邓小平向丁肇中提出了一个建议——派遣中国物理学家到丁肇中在德国汉堡的实验组参加粒子物理实验,培养高能物理实验研究人才。

  “我们这次来中国参观,看到大家很有干劲,都想把科技搞上去。我相信中国这么大、人口这么多、搞科研的历史这么久,一定会出人才,会很快赶上科学先进水平。”丁肇中说。

  一次转折

  会见结束后,丁肇中开始积极推动国际交流事宜。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。

  “这是‘文革’结束后,中国科学技术对外开放的一个重要的里程碑。此后,大批中国访问学者和留学生开始到西欧、日本和美国等发达地区和国家学习,对中国科学技术的改革开放产生了深远的影响。”陈和生说。

  1979年4月,第二批中国科研人员来到了丁肇中实验组。陈和生就是其中之一。

  1978年,陈和生顺利考上中国科学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。

  陈和生记得,一起参加国内培训的共有20多名同学,有些人听说丁肇中工作作风严厉而退却。最终,1979年4月,从没走出过国门的陈和生与14位同学一起来到了Mark-J实验组。

  这不仅成为了陈和生一生的转折点,也成了中国高能物理学科的转折点。

  “在丁肇中组里工作很累,跟国内某些懒懒散散、无所事事的工作氛围反差很大。”在丁肇中手下工作的那段时间,陈和生从来没有在午夜12点前结束工作。

  历史证明,这份严格的确为中国高能物理培养出了不少人才。中科院高能物理研究所最近3任所长——郑志鹏、陈和生、王贻芳,都曾在丁肇中实验组工作和学习过。

  一支队伍

  在德国汉堡,中国科研人员参加了Mark-J探测器的设计、建设、运行。他们的工作重点之一,是寻找当时备受高能物理学界关注的胶子的存在证据。

  物质由分子组成,分子由原子组成,原子由电子和原子核组成,原子核由质子和中子组成,质子、中子由夸克组成。可是,夸克是怎么聚到一起组成质子和中子的呢?

  半个世纪前,科学家曾预言,夸克之间有一种相互作用,这种作用像胶水一样把夸克“粘”到一起,他们因此给这种作用力起了个名字——胶子。

  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队伍。

  1979年8月,Mark-J实验组发现了三喷注现象。科学家们知道,正负电子对撞之后,撞出的高速夸克束流会形成两个背向而行的喷注,可是第三个喷注是什么?根据理论模型,他们猜测,这可能是胶子存在的证据。

  于是,他们在计算机上模拟出有胶子和没有胶子的各种情形,并将数据模拟结果与实验结果进行对照,最终确认了第三个喷注来源于胶子的发射。

  1979年9月,Mark-J实验组在《物理评论快报》上发表了他们发现胶子的结果——《佩特拉对撞机上的三喷注事件发现及量子色动力学检验》。

  DESY实验室时任主任赫维格·肖珀教授曾评价:“人们以非常令人信服的方式注意到Mark-J的实验数据与辐射胶子假设的一致性,从而排除了夸克反夸克模型的版本……Mark-J第一个从统计意义上发现了‘三喷注’模式。”

  1995年,因为发现胶子,陈和生和实验组的纽曼教授一起,代表Mark-J实验组,在比利时布鲁塞尔举行的欧洲物理学会高能物理大会上,接受了欧洲物理学会授予的特别奖。

  如今,距离胶子发现已过去40年,但对于中国来说,胶子的发现具有比发论文和获奖更重要的历史意义。“从Mark-J实验组回来后,中科院高能物理所开始参照国际高能物理研究的方式方法,建立起了属于中国自己的高能物理研究平台,也为此后我国研制第一个大科学装置——北京正负电子对撞机培养了大批人才。”陈和生说。

  (原载于《中国科学报》 2019-09-03 第3版 综合)


 
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