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纪念文章

BEPC 我之今世缘

发表日期:2018-10-12高能所 董东来源:放大 缩小

  我原名叫董剑锋,出生在第一汽车制造厂,我娘或许觉得这个名字太过尖锐,而我又是个随遇而安的人,因此在初中时给我改了名字叫“董东”,小名叫东东,就是“平凡”的意思。我娘不曾想到这却是我性格与志向的缩写,也无意中成就了“BEPC与我的今世缘”。

  初中的一次与避雷针的奇缘让我对物理产生极大的兴趣,从那时起就立志于一生研究物理,并且天真地认为喜欢物理那就不能以物理为职业,因此早早的自作主张不习物理而习工科,要先有一个动手的工作能够养活自己,再在业余时间搞物理研究的路途。因此从中学开始到现在的至今就成了我开心时期,我一面学习和工作,一面研究着物理搞着发明。

  愉快的高中时期我向物理老师余里华提出了记忆中的第一个有意义的物理问题,那就是加速系力学分析里需要增加一个特别的力才能保持平衡,余老师告诉我这是非惯性系的分析,是大学里的内容。高二时我独立完成了一篇文章《论量纲变换在新物理探索中的应用》,其核心内容是“运用量纲变换能够揭示可能的物理过程,因此可先大胆假设,再严谨验证”。我没有把这个想法告诉周围的人,而是天真地想着这个想法或许对那些正在探索着的物理工作者有用,于是就使用了一个假名偷偷地邮寄给了“中国科学院”。几个月后余老师把我叫到了办公室拿出了一大捆书信说,这些回信应该是你的吧,那是分别来自中国科学院、吉林省教育厅、长春市教育局的回信。给我留下深刻记忆的是中国科学院的红字信封极其的大,到现在我也再没有见过中国科学院那么大的信封了。高三时我基本上完成了一个铁壳的小火箭,就剩下了给火箭装发射药,我对同学说将用硝酸泡棉花然后晒干压成块制作硝化棉作为这个小火箭的发射药。让我没有想到的是,在春节过后一个晚上,我的一个同学家长找到了学校、找到了我家里说“我们终于知道了我家孩子的棉袄里面的棉花哪里去了”,原来我的同学在偷偷地掏着自己的棉袄里面的棉花给我攒着硝化棉的原料,就这样,火箭工作被暂停了。中学时代,我笔记下我对大自然的观察与提问,6年来一共记录了3千多个关于自然界的问题,这其中最吸引我的一个问题是“引力和电磁有关系”,她吸引着我从不同角度去观察、思考、提问自然,因此经常发现那些熟视无睹的自然现象背后原来还有很多的秘密。高考我选择将来成为工程师,为社会做出实际的贡献,在解决有饭吃的同时继续做“引力与电磁力的合并”,后来才知道其还有一个专业名称叫做“大统一”。

  1981年的高考我以第一名的成绩如愿地进入了西北电讯工程学院技术物理系,进入了理想的大学和专业,又能开始了我心仪已久的物理探索,愉快的大学生活伴着我四年的美好时光。上课一心二用是常事,大多数时光是在“磁制显微”和“引力与电磁力的大统一”两个研究中愉快地度过的。有一次,在政治课上我尝试着把地球磁场的形成与地球的引力场联系起来,就是假设地球的旋转产生了地磁场,起名为MMM模型。在大三的期中,我得到了MMM一个可能的物理模型,推出了一个带有因子的关系式。如果这个假设是成立的,则要求其中的因子是常量。我把学校图书馆翻了个遍,找到几个星球的数据来计算这个因子,发现这个因子并不是一个“常量”,而是一组在10–14量级的数,我把这个结果写成了一篇文章贴在了大教室墙上。我解释说:这是一个假设,以后可以去做验证试验;然而,如果这个假设成立,那么其逆过程也一定存在。那么有没有这样的逆过程,这个问题一直陪伴了我至今已有30余年,工作中及工作之余我乐此不彼地观察着大自然,找寻着蛛丝马迹,计算着一个又一个的假设,否定了一个又一个的线索。大学时光如白驹过隙,我惊奇地发现原来大学也有大排名时已经面临毕业了,这时我已占据了倒数第二的位置。在大学毕业季,一位我最崇敬的孙老师,我们默默相视了四年却只有过3次简短对话,孙老师赠言“无限的祝福与期望送给我的学生董东”,这是我大学时期的最大的收获。大学毕业的分配我第一选择也是唯一选择是近代物理研究所,而这位孙老师鼓励我去高能物理研究所,就这样我于1985年毕业分配来到了高能所工作,也开始了我与BEPC的今世缘。

  1995年我到达了人生的第一个目标,获得了高级工程师职称,一直致力于BEPC速调管的研发上,研发的国产65MW速调管一号样管在BEPC直线加速器上整整稳定运行了8年。其间还获得了3项国家自然科学基金面上项目的最大支持,这让我体会到了工程师的实干与创新的乐趣。而“大统一”的尝试一直贯穿其中,虽然没有进展,但却知道了很多的不对的模型,感觉到快穷尽了模型,这为日常工作增添了乐趣,还形成了一个同乐组,时常一起交流讨论,经常向李惕碚老师汇报最近做错的物理模型。一次我没有把一个做错的模型讲清楚,李老师到我办公室问道:你再给我讲一下你上次那个错误的模型。2000年一个偶然的机会让我了解到月球和太阳对地球的潮汐力影响着我们加速器储存环中的电子速度的变化。这个物理现象包括了引力变化、带电粒子能量变化以及一个非常特殊的12小时周期规律。唯象地说“大统一”需要的元素都在其中了,不多也不少。难道“大统一”在这里为我们表演着吗?找到这里可能的物理模型成了我们探索的具体目标,为此我们把这个目标称为“储存环大统一”模型。在找寻这个“储存环大统一”期间我们还顺带解析出了储存环带电粒子对引力波的响应,得到了描述加速器储存环中带电粒子的广义相对论运动模型方程的3个解析解。然而真正的目标“储存环大统一”仍然处在探索之中未见踪影。终于在2016年的春节“储存环大统一”取得了进展,我们得到了一个自洽的物理模型,称为EGI模型,即Electro-GravitationalInduction,同时弄清楚了这个模型也基本上是唯一的可能;即:假设储存环中的带电粒子在储存环弯转磁铁的束缚下随地球旋转切割了月球和太阳的引力线,在储存环的粒子环路产生了引力感生电动势,计算出来发现EGI效应使得带电粒子在储存环中每转一圈的能量增加约7.5×10–4eV,以光速在储存环旋转的带电粒子积累了这个能量增量,产生了这个闭轨畸变。使用了欧洲LEP、日本Spring8和美国APS实验室的3个储存环发表的束流数据,对模型中的引力与电磁耦合系数进行估算,得到其上限值为,其置信度为2σ,并给出了应用现有数据提高置信度至3σ的分析方法;以及未来的获取5σ的实验方案,即使用同地区的2两个独立储存环,分别存储的正负带电粒子以相同的方向在各自储存环中运动,分别测量这两个储存环的闭轨畸变做相减即可消去潮汐力等影响,剩余的残量即为我们假设的“引力感生电磁力”效应。例如我们可以利用BEPC的2个储存环,改造其中的一个储存环使得其中带电粒子与原方向相反运动,相减2个闭轨畸变,可实现EGI模型的验证。我们的“储存环大统一”模型的进展以“加速器束流信号的研究——这不是引力波是什么”为题正在申请高能所创新论坛报告。

  回顾我的成长经历,从小时候的梦想到现如今的研究工作,我选择了一条茫茫无人的探索之路,自娱自乐地探寻着“大统一”,然而完全没有想到这个“大统一”居然无意之中归结到了BEPC的储存环中的带电粒子束流行为的研究上。我非常有幸地加入了BEPC的建设队伍、见证了一个又一个的BEPC奇迹,还把大统一梦想落实在了基于北京正负电子对撞机的“储存环大统一”模型上。这都见证了BEPC与我今世有缘。

  (本文在“纪念北京正负电子对撞机建成30周年有奖征文活动”中荣获优秀奖。)

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