时间过得真快，中科院高能物理所于1973 年成立，成立大会时的场面还历历在目，可是一晃已过去40 年了。
40 年来由于几代“高能人”的努力，高能所的面貌发生了巨大的变化，中国高能事业正如邓小平所期待的，已在世界高能物理领域占有一席之地。不但在高能物理领域，而且在与其相关的多学科领域也得到了长足的发展， 高能所已成为世界上有影响的高能物理基地之一。
一定有许多人想了解：中国的高能事业是如何起步的？是如何一步步的走过来的？作为参与者，我想通过对往事的回忆，从一个侧面，从我经历过的几件事情，为这段历史提供一些资料。
1. Mark J 探测器
高能所成立之初， 就很重视对年轻人的培养，开设各种各样的培训活动，如英语学习班，专业讲座和学术报告。1975 年丁肇中教授（图1）到高能所作报告，受到了热烈的欢迎。我对其发现的新粒子感到十分好奇，被他在德国汉堡新的高能物理实验计划深深吸引。
图1 1991 年，丁肇中教授（右）访问高能所时与作者合影
1977年，他在获得诺贝尔物理学奖之后不久再次访问中国，受到了邓小平的接见。邓小平提出希望他为中国培养科学人才，他满口答应了，说：“第一批先送十人来到我实验室工作、学习。”
没想到，我有幸成为这十人之一，当时心中又兴奋，又紧张。兴奋的是， 能得到诺贝尔奖获得者的培养；紧张的是，听说丁肇中要求极严格，不知我能否胜任。
因为是“文革”以后第一批出国学习，国家特别重视。出国前，方毅副总理到高能所接见了我们第一批先行的6人，叮嘱我们：勤奋学习，努力工作，学成回国，为祖国的科学事业服务。
1978 年元旦刚过，我们6人从北京乘机飞往巴黎，由巴黎转乘火车到波恩，在中国驻德大使馆停留一天后，再乘火车抵达汉堡。下火车后我们发现丁肇中已在火车站来接我们了，他直接将我们带到德国电子同步加速器研究中心（DESY）。在安排好我们的住处后，他对我们说：“明天上午9点， 在会议室开会。”
第二天开的是全组大会，当时小组人不多，三十人左右，以麻省理工学院成员为主，是由美国人、德国人等组成的国际合作小组。丁肇中首先对我们新来的6人表示欢迎，同时讲了我们将要建造的Mark J 探测器的结构，建造时间表以及近期的工作安排和分工。他讲话后进行了小组讨论。会上大家都讲英语，我和大多数中国去的同事仅能听懂些单词，只能靠猜测来了解大概意思。
到DESY 的第二天紧张的工作就开始了。为了赶在PETRA 加速器出束前造好Mark J 探测器，只剩下一年多的时间，因此不得不夜以继日地工作。丁肇中带头，大家每天从早上9 点一直干到半夜12 点，除了睡觉、吃饭以外，大部分时间都是工作。星期六、星期日、节假日也不例外。因为当时年轻， 想多学些东西，早日完成自己承担的任务，也就很快适应下来了。
我们6人分到了不同的小组，我参加大面积闪烁计数器的制备、测试和数千个光电倍增管测试的工作。这是我第一次接触这方面的工作，没有时间系统地学习，只好边干边学，不懂就问同一个课题组的两个美国人和一个德国人。他们都很热情，有问必答。我从他们那里学到了不少东西，很快熟悉了环境，投入紧张的工作。
为了提高我们的理论水平，丁肇中请了几位DESY的理论家给我们讲粒子物理进展。为了提高我们的英语表达能力，他请他的秘书和他的两个女儿给我们上英语课。
工作了不长时间就遇到了一件事情：丁肇中安排我们同来的一位中国同事单独到城里办事，这位同事感到很为难，在再三询问下，他才如实告之：我们有外事规定，中国人外出必须两人以上同行。丁感到很费解，不知为何有此规定。他马上打电话到中国使馆找到了张大使询问，知道的确有此规定。但张大使又说：这条规定可以在丁先生你那里不执行。丁肇中和我们都很高兴，可以不受此条外事规定的限制，给以后的工作带来了很大方便。
另一件印象很深的事是，一天，丁肇中布置给我一个任务，让我按他给出的图纸制备出供量能器所需光电倍增管的分压器。在认真进行了调研和计算之后，我发现该线路设计不尽合理，可能会对能量线性范围有影响。考虑再三后，我如实向丁肇中说出了我的想法。他说：你可按你的想法重新设计一个新的分压器。然后按不同设计制备好两个分压器到实验中去比较。我很快完成了任务，他就拿着这两个分压器以及光电倍增管和我一起来到实验束大厅测试。几个小时后，结果出来了，数据显示出我设计的那个具有更大的线性范围。他看到实验结果后对我说：“所有的几百个量能器光电倍增管分压器都按你设计的做。”我为他能采纳自己的设计而高兴，同时也为他尊重科学、实事求是的作风而感动。
一年多的时间，一个性能良好的庞然大物——Mark J 探测器矗立在谱仪大厅里，这是全体Mark J 小组同事们汗水的结晶，其中包括了我们中国同事的贡献。我们都很好地完成了各自的任务，丁肇中对我们的工作给予肯定和赞赏。
不久，就在这台探测器上取得了胶子喷注发现的出色工作，大家辛苦了一年多，在实践中学习到了许多高能探测器的前沿知识，提高了我们的动手能力。同时，从丁肇中身上学习到了严谨、执着的精神和作风，对以后回国参加北京谱仪的建造大有裨益。
2. 北京谱仪
从丁肇中那里回来不久，中国政府批准了建造一台2×2.2 GeV 正负电子对撞机的方案，我们的心情无比激动，终于中国也将有自己的高能加速器和探测器了。与北京正负电子对撞机（BEPC） 配套的是一台称为北京谱仪（BES）的探测器，正负电子对撞后产生的粒子要在这里进行分析、研究。能否出来好的物理成果，谱仪的性能至关重要。
北京谱仪的设计和建造由叶铭汉负责（图2），他和同事们经过大量的调查研究决定参考当时在同能区中最先进的Mark III 探测器，争取在探测器的结构、性能、数据获取、物理分析以及总体性能方面要保持先进性。由于经费和当时加工水平的限制，我们要付出更多的努力才能做到这一点。在设计之初我们曾考虑过用无机闪烁体来建造簇射计数器，这样会有很好的能量分辨率，但因经费超标，只好作罢。
BES（图3）是由亮度检测器、中心漂移室、主漂移室、飞行时间计数器、簇射计数器、μ 子计数器及大型磁铁、线圈构成，体积大约为5×5×5 m3，重500t。首先要保证每个分部件的指标先进、精准才能做到整个谱仪的优良性能。
图2 叶铭汉（中）、李金（右）与作者讨论BES 工作
图3 总装中的北京谱仪
我们遇到的第一个难题是加工问题，即谱仪分部件指标的先进性与当年（20世纪80年代）加工水平的差距，使得我们当时在全国很难找到合适的厂家。后来花了很大力气，才找到贵州某军工厂愿意为我们生产精度要求很高的主漂移室的端盖板，还落实了在上海飞机制造厂生产簇射计数器，在天津造船厂生产大型磁铁，在原子能研究所生产大线圈……
建造簇射计数器所用的铝方管，先要到哈尔滨铝厂定制圆铝管，再运到上海加工厂将圆管冷拉成所需的方型铝管，最后到上海飞机制造厂将方铝管和铅板热压在一起，而铅板则是在甘肃一个厂子特制的。
为了保证质量和进度，许多同事只得长期驻厂，及时与工厂的工人、技术员在一起解决技术难题。他们长时间生活在艰苦的条件下，远离亲人，为工程作出了奉献。
为了保证北京谱仪保质、按时完成，大家都很辛苦，每天工作十多小时， 几乎没有节假日，连春节都在加班。那时工资水平很低（一二百元），奖金很少（最早一月5元，后来加到15元），可是人心很齐，都想尽力完成好交给自己的那份任务，实现中国有自己的高能基地的梦想。
1982年，我负责北京谱仪飞行时间计数器的研制，1986年负责北京谱仪的建造、安装和调试，经历了谱仪建造的全过程，有成功时的快乐，也有挫折时的烦心，印象较深的有下面几件事：
1. 磁铁线圈在原子能研究所造好后，经过测试，性能很好，大家都很高兴。可是，如何运往高能所？大家却犯了愁，原因是装车后发现总高度已超过途经的几座桥洞的限高。正在大家一筹莫展时，张厚英找来一张详细的北京市区交通图，研究了一条绕行的路线，避开几个限高的桥洞，多花了几个小时，终于运达了谱仪大厅。
2. 1988年，上百吨重的簇射计数器在经过几个月的辛勤劳动之后组装好了大部分，但在测试其强度时，发现在铅桶和计数器之间产生了滑移，大家都十分着急。为了确保质量，不得不最后决定拆掉后重装。我们找到了层间滑移的原因，加强了钢筋的拉力，从零开始，又花了三个月时间，终于把簇射计数器重新装好，确保了安装强度。
3. 1988年10月的一天，叶铭汉来找我，说：“近日要开始中美高能会谈了，美方专家正在北京，如果此时能实现正负电子对撞将是一个很适当时间。但正负电子能否对撞的最直接证据是由北京谱仪给出的，希望你抓好这项工作。”我立刻找到了负责亮度监测器的同事们，他们已在谱仪厅调试了好几天。我们一起商量如何区别信号和噪音，一起找寻在大本底下观察到弱信号的方法，并与北京正负电子对撞机（BEPC）值班同事紧密配合记录下单束运行的本底和对撞时亮度监测器的变化。经过几个昼夜的连续调试，我们终于摸到了规律。1988年10月16日凌晨，当值班室通知我们BEPC已处于对撞模式时，我们在亮度监测器上明显看到了正负电子散射（巴巴散射）信号，而且计数随时间不断增长，而在单束运行时，信号就没有了，从而证实了信号的确是正负电子发生对撞的结果，不是噪音。反复多次，都是如此，于是我们确认，BEPC 的正负电子的确是对撞了。我们把这一消息通知了BEPC 值班室，他们都赶到谱仪厅观看不断上升的巴巴散射信号。大家高兴得跳了起来，一夜的疲劳也随之驱散了。我在第一时间通知了叶铭汉，他天一亮就来到了BEPC 运行室和谱仪大厅，对正负电子已对撞的事实进行了确认。这一消息很快就传到全所，并通过媒体传到了全国。邓小平知道后，与其他国家领导一起于10月24日来参观了BEPC/BES。
4. 1989年一天的深夜，我被电话铃声惊醒，接电话后，得知谱仪出了问题。我穿上衣服直奔谱仪大厅，一进去发现烟雾缭绕，水蒸气充满大厅。值班人员告诉我：“由于几小时前的一次突然停电，致使线圈冷却水保护装置失灵，以至于水温升高到冒热气时才发现，发现后已把线圈电源关闭。”听到值班人员的汇报，见到满屋的蒸汽，我一下子惊呆了，两腿发软，不知在这样的高温下线圈绝缘是否受到伤害？如果绝缘坏了，线圈需要重做，至少将取数计划推迟一年，后果不堪设想。抱着这种忐忑不安的心情，我只好赶快搬救兵，第一个找的是值班主任李金，好在他就住在大院里，我气喘噓嘘地爬上他所住的五楼，把他叫醒，寻找对策。等天一亮，再叫负责线圈的同事过来一起测试线圈电阻，发现阻值没变，才稍许放心。后来又重新运行了几次，最后确定线圈安全无恙，心里的一块石头终于落地。
5. 谱仪运行了一段时间后，一次突然发现主漂移室的两个电极丝断了，碰到了周围其他的电极丝，造成短路，致使主漂移室加不上高压，不能正常运行。我们只得停下来检修，想办法将断丝抽出来，但有一定难度，办法一时没有找到。正在烦恼时，一天晚上的十一点左右，我突然接到了周光召院长的电话，他严肃地说：“我听说你们的谱仪出了事故，影响运行，是怎么回事？”我如实将情况告诉他，说：主漂移室一共有两万多根电极丝，断了两根属于正常情况，现在麻烦的是，影响了正常运行，大家正想办法解决。我很奇怪，这件事情怎么会这么快就反映到周院长那里。不久，大家终于想出一个办法，制造了一种特殊的工具，最终将两根断丝夹了出来，解决了一场危机。
3. τ 轻子质量测量
北京谱仪建成以后，任务很明确，就是：运行好，多取数据，早出物理成果。当时感到最薄弱的力量是物理分析队伍，为此，一部分搞硬件的同事及时转了过来，很快进入角色，加强了数据分析力量。
一开始，谱仪能量放在J/ψ 上，一方面对谱仪进行刻度，另一方面收集数据以便进行J/ψ 物理分析。
1990—1991年，一个国际高能物理界关注的信息传到了我们这里：根据当时所测到的τ 轻子寿命与它的衰变分支比的数据，发现了一个很大的问题：如果τ 轻子质量测量是正确的话，那么大家所公认的轻子普适性原理就破坏了，这将是一个很大的理论挑战。可能的解释，一是出现了新的物理，轻子普适性不再成立。二是以前测量的τ 轻子质量测量值有问题。我和北京谱仪的同事都十分关注这一问题。并跃跃欲试，想在我们这里重新测量τ 轻子质量。感兴趣的几位同事对τ 质量测量的历史进行了仔细的调研，发现以前国际上有4 个实验进行过测量，大多采用产生截面拟合的方法，误差较大，不够准确。而τ 质量的值对轻子普适性又十分敏感，因此我们决定在BES 上用新的方法重新精确测量τ 质量。用什么新的方法，几经讨论，大家倾向于用扫描方法，精确找到τ 产生阈的能量值，根据质能关系：E=mc2，以τ 产生的能量阈值来定τ 的质量。方法是新的，过去没用过，但对加速器、探测器能量的稳定性，能量的标定精度都要求很高，对我们来说，这是一个极大的挑战。中方的物理学者都很有信心来迎接这一挑战。与BES 合作组的美方科学家沟通后，该方案也得到了他们的支持和参与。
1991年8月实验前进行了多方面的准备，首先对北京谱仪进行了全面的检修，使其工作处在最佳状态。对数据获取、离线分析系统也进行了改进、提高。对撞机、谱仪的长期稳定性、可靠性也有所提高。此外，还进行了蒙特卡洛模拟，并对实验步骤、实验条件和可能的结果进行了研究。这是一次大胆的创新。
实验开始时，第一点放在τ 质量世界平均值1784 MeV 上，然后不断逼近τ 的产生阈值。总共运行了12个点，用了几个月时间，采用最大似然法，对质量、效率同时拟合，求到τ 质量的精确值为
（图4），其中心值比原来的小7MeV，精确度提高了10倍。
我们的结果纠正了过去测量的偏差，确认了轻子普适性是成立的。
我在1992年、1993年代表BES 合作组分别在海外华人物理大会和国际轻子光子大会上宣布了在BES 上进行的τ 轻子质量测量结果，引起了极大的反响。听众热烈的掌声是对BES 结果的赞赏。
这一成果，震撼了国际高能物理界，被认为是1992年国际上最好的粒子物理成果，被评为1993年国际十大科技新闻之一，被PDG（粒子数据小组） 确认为粒子物理界50年来的重要实验数据之一。BES 一炮打响，使国际高能物理界认识了中国人。中国科学家感到骄傲的是没有重蹈前苏联“只造加速器， 没有物理结果”的覆辙。
4. 不懈的努力
τ 质量测量之后，BES 又在J/ψ，ψ′等物理领域取得了一系列成果。但大家清醒地认识到“逆水行舟，不进则退”的道理， 在国际竞争愈演愈烈的情况下，我们绝不能止步，一方面着手谱仪的升级改造，另一方面构想我国高能物理的发展远景。
1993年，BES的升级改造开始了，与此同时对撞机亮度升级改造也在进行，经过几年的努力，升级改造很成功。BEPC的亮度提高了两倍，升级后的BESⅡ在更换了主要部件后，性能有很大改善；数据获取、触发判选、分析软件等系统性能有很大提高。在其上获得了一系列重要的物理成果，如R 值的精确测量，X（1835）新粒子的发现等，这些成果以及BESⅡ升级改造过程已经总结成书：《北京谱仪II 正负电子物理》（郑志鹏主编，中国科学技术大学出版社出版）。
图4 τ轻子质量测量的双参数拟合图
从1994年起，在李政道教授和美国潘诺夫斯基教授的支持及国内同行的积极参与下开始了τ–c工厂（即工作在τ– 粲能区，利用双环、多束团、强流等技术达到更高亮度的新一代正负电子对撞机）的预制研究，并得到了政府的支持。大家对τ–c 工厂的初步设计（对撞机和谱仪）物理目标进行了研究，获得了许多成果，锻炼了队伍，为以后的BEPCII/BESⅢ的建造打下了坚实的基础。
我们很高兴地看到BEPCII/BESⅢ升级改造的成功，更高兴地看到BESⅢ 上取得的物理成果。我们期待中国人牢牢地占领国际τ–c 领域的一席之地，做出世界一流的成果。这是一个老高能人的祝福。
（本文引自《现代物理知识》，2013, 25(02): 5-9）
