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中美合作:以高能物理为媒——对外科技合作系列(之三)(科学时报)
2009-01-02|文章来源: |【
 
 
谢家麟:
 
“他邀我把五星红旗升到办公大楼前”
 
关注中国高能物理发展的人都知道,1979年改革开放之初,邓小平访美期间与美国总统卡特签署了《中美政府间科技合作协定》。这是中国政府与美国政府签订的第一个合作文本。随后,国务院前副总理方毅和美国能源部前部长施莱辛格签订了《中美高能物理合作执行协议》。此后,中美高能物理合作计划基本上围绕北京正负电子对撞机、北京谱仪、北京同步辐射装置建造进行。1990年后,中美高能物理合作计划围绕对撞机建成后的运行、改进和物理实验进行。
 
在早期合作中,中国基本处于学习阶段。在接受《科学时报》记者采访时,中科院高能物理所谢家麟院士回忆,其实中国早有发展高能物理的设想,1978年,政府终于决定派人带着在国内完成的关于质子加速器的初步设计出国考察,深化设计。其时,中美尚未建交。在政治上,中国科学家们采取了疏远美国的态度,但他们清醒认识到美国在科技领域中的领先地位,了解到欧洲是高能物理科学的后起之秀。于是中国政府决定,在国内继续进行设计的同时,派出两个设计考察组,分别前往美国费米国家实验室(FNAL)和西欧中心访问。
 
谢家麟是访问费米实验室的负责人。他在《没有终点的旅程》一书中回忆,访问期间,美国科学家给予中国访问者各方面的帮助和支持。特别是华裔科学家李政道和邓昌黎等给予他们很多指导。邓昌黎教授供职于费米实验室。“他不仅在我们居住的厨房壁柜里堆满了米、面等中国人爱吃的食品,在办公地点准备了文具、茶叶和烧开水的电炉等日用品,还亲自帮我们改进设计方案,讨论加速器的注入和引出等细节问题。”
 
费米负责人R.Wilson是世界著名的加速器专家,当时正在主持世界上能量最高的加速器上的实验。他对中国科学家十分友好。尽管当时中美尚未建立正式外交关系,但他十分热情地接待了他们。中国科学家到达后,实验室还举行了盛大的欢迎宴会。他和谢家麟都发表了热情洋溢的讲话。谢家麟除了表示感谢外,还风趣地对他们说,“我们来向你们学习,如同直流电向一边流动。但是,当我们有了建造加速器的经验之后,我们的交流将会是交流电,它将对双方都有好处。”10年之后,这句话成了现实。
 
会后,R.Wilson邀请谢家麟把五星红旗升到费米实验室的办公大楼前。
 
谢家麟清楚记得,“在费米访问末期,李政道教授和袁家骝教授向我方提出:布鲁克海文国家实验室(BNL)的AGS加速器的能量与我们要做的加速器BPS加速器能区相近,有很多可以借鉴之处,应该前往访问。”
 
因此,在完成深化设计任务之后,他和考察组的部分成员于1978年8月初到了BNL,进一步考察到月底。在此期间,李政道正在BNL讲学,与考察组朝夕相处,经常在一起午餐。考察组成员为此听到他对多种问题的宏论,如中国人口增长的规律等,受益良多。李政道知道能源部高级官员J.Deutach要来实验室考察,便建议谢家麟去找他,并向他当面介绍了中国学者的设计方案和所需器材,希望得到支持。此外,李政道还要谢家麟去听自己组织的几位NBL的有关专家,对适合中国设计能区的探测器和作数据分析的计算机问题的讨论,以供参考。
 
谢家麟说,“从我们的接触中,可以感觉到,他(李政道)对中国的BPS方案有看法。不过,可能由于中国既然已经对建造50GeV的BPS方案作了决定,他就采取了尊重中国的决定并尽力促成它实现的态度。”
 
友好合作 积极竞争
 
《科学时报》记者见到北京正负电子对撞机重大改造工程副经理、亚洲未来加速器委员会主席张闯时,他刚结束这个委员会的一次全体会议归来。在会上,他提出的关于加强亚洲国家和地区在强流加速器方面的合作的建议得到与会者赞同。他也是当年被派往费米实验室的访问学者之一。
 
他回忆说,抵达美国后,他们发现国内外高能物理发展水平形成了强烈反差。这种差距给他们以极大的震撼,大家都抱着一种“追科学”的紧迫感,如饥似渴地学习,夜以继日地工作。学习中,他们逐步掌握了高能加速器的设计原理、研究方法和技术要点。中美科学家在充分研究国际高能物理和高能加速器的基础上,提出了在中国建造一台能量为2.22亿电子伏特的正负电子对撞机的建议。这就是北京正负电子对撞机。在这个方案中,加速器的能量和规模比原先计划的“大质子方案”小得多,但由于采用了在储存环中相向运动的正负电子束流对撞的方式工作,其相互作用的有效能量高,与“大质子方案”有相当的物理目标,而且能一机两用,开展同步辐射研究。经过反复研究和论证,中国科学院向国家提出了建设北京正负电子对撞机的计划,邓小平听取这个方案的汇报后非常高兴,并表示:“我赞成加以批准,不再犹豫。”1983年4月,国务院批准了对撞机计划,列为国家重点工程项目。1988年,中国成功建成这一大科学装置。
 
“北京正负电子对撞机运行了十余年后,改革开放使我国的科学技术加入国际合作与竞争。”张闯说。
 
2001年3月,当张闯与高能所所长陈和生、副所长李卫国再次访问美国时,得知康奈尔大学在2.56亿电子伏特高能量下工作的正负电子对撞机准备进行改造,他们感到了一种新的压力。国际高能物理学界都知道,中国的对撞机建成后取得了大量科研成果。而一向引领科学发展潮流的美国人,决定将其对撞机的束流能量降低到中国对撞机的能区工作,且主要设计指标超过了中国对撞机的性能。
 
“为了继续保持在国际高能物理研究上的优势,我们回到研究所召开了座谈会,讨论是放弃BEPCII计划,还是提高BEPCII竞争力。经过激烈争论,我们提出了新的改造方案,设计对撞亮度比原来的对撞机高100倍,是康奈尔大学对撞机的3~7倍,从而大大提高了竞争力。这就是正负电子对撞机的改造方案,也得到了国际科学界的支持和中国政府的批准。”他说。
 
“20年前我们建造对撞机,依靠的是改革开放中的实事求是、自力更生和艰苦奋斗精神;20年后对撞机的重大改造工程,除了继续发扬团结拼搏的奉献精神、坚持实事求是的科学态度,还要遵循市场经济的规则、规矩和规律,依靠改革开放带来的工业发展和科技进步。”据张闯介绍,工程采用的超导高频腔和超导磁铁在国内缺少技术积累,我们就再次通过国际合作,在引进技术的同时,发挥主导作用,掌握了研制和测试技术。
 
“改革开放30年只是人类历史长河中短暂的一瞬,而正是这闪亮的一瞬,改变了历史的进程和世界的格局。改革开放为我国科学发展注入了活力,作为国家创新体系的重要组成部分,大科学工程将为我国21世纪的腾飞构筑坚实的平台。”张闯说。
 
谈到确定对撞机的重大改造工程方案中面临的国际竞争,张闯还引用了李政道对他说过的一句话:“Life is interesting”(生活是有趣的)。
 
中微子探测:合作新起点
 
继北京正负电子对撞机之后,在中美高能物理会议协商机制下,新世纪中美高能物理不断扩大合作范围,并不知不觉中改变了合作方式。从得到帮助到给予帮助,大亚湾反应堆中微子实验是一个全新的合作范例。
 
据中科院高能物理所副所长、中微子合作项目中方发言人王贻芳介绍,大亚湾中微子实验已完成了概念设计、工程设计和小模型实验,现正在按设计进行工程建设和设备研制。比如中方负责的隧道建设正在进行中,首个高精度的探测器机械结构制造接近完成,美方和中国台湾地区负责的大型有机玻璃罐正在制造中,美方采购的2000多个光电倍增管已到货400多个,中方设计的各种电路板正在研制和批量生产中,高能所研制的气体探测器正在建造和组装中,液体闪烁体已开始试生产……“合作各方各负其责,进展比较顺利。”王贻芳说。
 
王贻芳向《科学时报》介绍了大亚湾中微子实验的科学意义。她说,过去的科学研究结果表明,物质世界是由12种基本粒子构成的,其中3种是中微子。中微子不带电,仅参与非常微弱的弱相互作用,极难探测。但宇宙中存在大量中微子,约100个/cm3,与光子数量相当。以前人们认为中微子没有质量,但后来从大气中微子和太阳中微子实验中,发现不同种类的中微子之间可以在飞行时发生转换,称作中微子震荡,间接证明中微子有质量。大亚湾中微子实验就是利用核电站在发电时发出的中微子,寻找一种与大气中微子和太阳中微子震荡不同的一种新的震荡形式。
 
据王贻芳介绍,大亚湾科学实验的参与者主要来自中美两国科研机构,中国大陆先后有12个科研机构加入,香港和台湾地区有5个单位;美国共有14个科研机构参与,包括2个国家实验室。此外,俄罗斯和捷克各有2个和1个科研机构参加。
 
分工方面是根据各方的兴趣、技术特点以及投入的科研经费进行的,并尽量考虑有效利用经费。总经费由中、美以2∶1分担,其他国家各有一些具体实物投入。中方负责全部隧道、地下实验室与地面辅助设施的建设,约占全部经费的1/3,同时负责中微子探测器与缪子(muon)探测器的一半,读出电子学、触发与数据获取的全部和刻度系统的小部分等,约占全部经费的1/3。美方主要负责中微子探测器与缪子探测器的另一半,刻度系统的大部分,占全部经费的1/3。俄罗斯将贡献中微子探测器所用的液体闪烁体的一部分,捷克贡献缪子探测器的一部分,中国台湾贡献有机玻璃罐,中国香港负责刻度系统和数据获取的一部分。
 
据中科院高能所科技处提供的资料,大亚湾中微子探测实验国际合作组组建于2006年2月12日,实验预算经费为2.5亿元人民币,不同分工保证了中国在这一合作中的主导地位。美国能源部基础科学局副局长Dennis Kovar在2007年的第28届中美高能物理联合委员会会议上,称“该实验是双方合作的历史性机遇”,这是采用中微子实验手段研究宇称守恒的一次具有深远意义的行动,美国国家科学基金会、美国物理学会、美国高能物理顾问委员会等组织和机构高度重视这一实验。
 
对于采取国际合作方式进行中微子探测实验的原因,王贻芳解释,一方面是当时不能得到所需要的经费支持,另一方面以国际合作方式开展高能物理实验是国际惯例,中国的高能物理发展也应该走这一步。
 
政府重视但不受政治干扰
 
采访中,王贻芳特别指出,中国高能物理的发展,经过30年的努力,从1978年开始讨论北京高能物理实验装置,到北京正负电子对撞机和北京谱仪,完成了几次重大跨越。现在正在等待验收的北京正负电子对撞机改造工程,证明了中国人已完全具备了高能物理实验的设计与建造能力,能够根据自己的物理目标设计实验设备。而大亚湾中微子实验,是中国人第一次用自己的物理思想在本土开展的高能物理国际合作项目。
 
据记者了解,中美之间目前正在开展的科技合作项目有1000多个。目前两国间的科技合作活动已构成各自规模最大的对外科技合作关系。自《中美政府间科技合作协定》签署以来,双方在科技合作协定框架下共签订了30多个部门间科技合作议定书或谅解备忘录,在几十个领域开展了大量形式多样的合作活动,包括合作研究、联合调查、技术咨询、共同举办学术会议、合作开发等,人员交流不计其数。
 
对30年中美合作的最成功之处,王贻芳表示,“也许高能物理科学与其他科学不一样,世界各国发展高能物理都以国际合作形式进行,中国没有例外。但中美高能物理合作得到了中国政府的高度重视,每一届政府的高层领导人都十分关注高能物理的发展。特别值得注意的是,中美高能物理合作没有受到政治因素的干扰,每年一次的中美高能物理会谈从未中断。这应该是中美高能物理合作最明显的特征”。王贻芳说。
 
对于形成这一特征的原因,王贻芳表示,也许是起步时所设计的合作机制发挥了关键作用。也许,李政道先生对此有过预见性的考虑。在中美政治上遇到障碍时,许多科技合作曾一度终止,但高能物理合作却从未间断。就在温家宝总理2008年11月初视察高能物理所前,第29届中美高能物理会谈在高能所举行。会议继续讨论和协商了新一年合作的具体工作的安排。
 
《科学时报》 (2009-1-2 A1 要闻)

 
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