1.1

1979年8月末,一个激动人心的消息传遍了全世界:在丁肇中教授领导的对撞机实验里,已经找到了构成所有物质的一个重要成分——胶子的存在证据。这一重要发现,对于加深人类对物质微观世界的认识,具有重大的意义。

我国《人民日报》在头版发表了这条消息,并冠以副标题:“我科学院高能物理所唐孝威等二十多位科学工作者参加了这项实验研究”。

在国际上有着广泛影响的美国《纽约时报》于1979年9月2日发表评论:“这是一次关于核粒子方面的国际集体研究工作。重要的贡献来自中国。有27名中国科学家参加了具有关键性的实验。总共大约有三百多名来自许多国家的物理学家在四个相互关联的实验中联合进行他们的研究。”

《纽约时报》进一步说:“没有参与这项工作的科学家都感觉到这次发现应该得到诺贝尔物理学奖。但是参与这次研究的人数太多,时间较长,这两个因素又使它难以得到诺贝尔奖金。”(诺贝尔奖金对一项成就的得奖人数有限制,一般不超过三个人)

国外许多报刊转载了这篇权威性的评论。

一家西方报纸称:“这是一个具有戏剧性的实验。”

饶有趣味的是,美国国立费米加速器实验室主任莱特曼博士,在宣布胶子存在证据的记者招待会上说:“曾被认为是物质结构最小‘砖块’的原子、质子,一个个都被证明是具有内部结构了(胶子就是质子内部的—个部分),这样下去真可能是没有底的!”

中国物理学家们对此感到欣慰。在过去的十几年里,中国科学工作者在辩证唯物主义的指导下,曾经提出了物质微观结构不可穷尽的观点,层子的观点,基本粒子、电子不可穷尽的观点,但是一些西方物理学家因受传统的实证主义影响,而难以接受,这次由中国科学家与西方科学家合作的实验,却打开了人们的眼界。

对胶子的追踪是从七十年代初开始的,但它像个飘忽不定的幽灵,令人难以捉摸。

当时,物理学家用约二百亿电子伏的电子轰击质子,发现质子的电荷分布在三个夸克上。夸克周围还有一些不带电的中性物质,这就是“胶子场”。这种物质占质子物质的5%左右。

物理学界较普遍地认为:强子是由胶子场把夸克胶结而成的。而夸克之间的相互作用,就是夸克之间交换胶子的结果。

但当时,“胶子”还只是物理学家的一个推测。胶子是否真的存在,仍是一个谜。近年来,为了寻觅胶子的踪迹,一批批科学家为之奋斗不息,进行了大量的实验,付出了艰苦的劳动,却始终没有成功。

怎样才能揭开“胶子之谜”呢?

在北京,许多物理学家在思索这个问题。

中国科学院高能物理研究所的唐孝威教授意识到:要研究更新一个层次的微观结构,必须拥有大型的高能加速器。但这在国内一时还不易办到。他考虑:到国外的实验室去,利用国外的先进设备,开展研究,锻炼队伍。

唐孝威是位富有才干的实验物理学家。早在五十年代,他在苏联杜布纳联合核子研究所工作过三年多。他在著名物理学家王淦昌教授的关怀下,在π介子、电磁簇射和气体放电等研究工作中取得过成绩。在六十和七十年代,他在祖国的国防科研战线上,曾为解决关键技术作出过重大贡献。

差不多在唐孝威这样考虑的同时,来我国访问的丁肇中教授也提出了类似的建议。丁肇中曾因发现3粒子而获得诺贝尔物理奖。当时他正在主持、组织一系列新的大型实验。这一建议得到了中央领导同志的赞同。

1977年,唐孝威挑选了一批中青年科技人员,于1978年1月飞赴联邦德国汉堡电子同步加速器中心。这是我国实行开放政策后,第一次和西方进行的大规模科技合作。

汉堡的一台正负电子对撞机佩特拉(PETRA)是世界上能量最高的粒子对撞机。

中国科学工作者和美国、西德、荷兰的科学家们一起,参加了丁肇中领导的马克 - 杰(MARK-J)实验组。

当时,马克 - 杰组比其他几个实验组起步晚一年多,需要在不到十个月的时间内完成近二年的工作量:安装总重达四百多吨的探测装置,上面有数百个不同类型的探测器,几千台电子仪器和几台大型计算机。

紧张的攻关战开始了。唐孝威身为中国小组负责人,不仅随时掌握整个实验的总体情况、关心全组工作,而且一有机会就深入实际,脚踏实地地干起来。他不顾身患风湿性脊椎炎,和其他中国同志一起,每天除了几个小时的吃饭和睡眠外,日夜奋战在实验室里。在他的带动下,大家抢挑重担,几乎人人都负责两项工作。实验需要使用每秒运算几百万次的大型计算机,每设计一个程序,就涉及到几千个符号。只要其中有一个符号出了差错,整个程序就通不过。为了熟练地掌握设计方法,他们连走路、吃饭都在思考、琢磨。唐孝威素有严格求实的作风、别看他平日为人谦虚和蔼,但对实验中的问题却从来严字当头,毫不留情。他常说:实验室是我们的阵地,仪器设备是我们手中的武器,绝不能有半点松懈和马虎!

他们不知疲倦地度过了一个个不眠之夜。短短几月,仅用过的图纸就有几万张,巡夜的西德工人不无感叹地说:“每次推门进来,总是看到你们中国人在勤奋地工作!”

经过几个月的奋战,马克 - 杰小组终于比预定时间提前安装完毕,并调试好了全部仪器设备,很快进入了工作状态。

根据实验方案,目标是要发现胶子存在的证据。胶子能为人们留下可供间接检测到的信号。

可以预料,胶子一旦形成,就将转变为夸克对的级联,并把能量传给夸克。这些夸克将组合成为相对稳定的粒子。它们的行为将显示出它们是如何形成的。

1.2

在这一系列的转变中所诞生的次级粒子多数是粒子。它们仅能&存大约一亿分之三秒,但这已长得足以显示出它的来历。

加速器开动起来。能量达到大约300亿电子伏时,实验开始了。电子沿着一个方向加速旋转,而其反物质 - 正电子则沿着相反的方向加速,这些小粒子获得加速器的巨大能量,它们在迎头相撞中结合。

“量子色动力学”(QCD)曾预言,在这些碰撞中会有π介子喷出,这些π介子应当形成角度略微不同的三个喷注。

科学家们紧张地期待着实验结果。他们知道:如果“胶子”被证明是不存在的,那过去十年来关于“量子色动力学”的理论研究就会功亏一篑。

可是,在实验中,三个π介子的喷注清楚地、毫不含糊地出现在丁肇中领导的集体的记录仪器中。

唐孝威和他的同事们取得了第一批数据,这$数据比其他组几乎多一倍;并在分析测量数据的基础上,绘出了强子能流分布图,直观地绘出了三喷注图像。于是,胶子存在的具有统计意义的证据终于找到了!

1.3

马克 - 杰组首次用实验揭开了“胶子之谜”,轰动了国际高能物理学界。这也是对目前流行的强作用理论的一个有力的支持。

继后,在这台加速器上工作的其他小组也陆续取得了胶子存在的有统计意义的证据。

1979年在华盛顿举行的美国物理年会上,唐孝威代表马克 - 杰组向大会报告工作。他的发言受到了与会代表的热烈欢迎。主持会议的琼斯教授说:“我今天非常高兴,来自新中国的物理学家第一次在这里作学术报告。”

场内反应热烈。报告中论述的物理新成果像磁石般地吸引着广大听众。报告之后,几位国外学者向唐教授表示热烈祝贺。几位美籍华裔学者宴请他,欢迎这第一位来美国物理年会作报告的新中国科学家。

丁肇中教授对马克 - 杰组的中国同事们给予了高度的评价。他写道:“中国科学院选派了最有前途的青年物理学家与我和我的同事合作。我个人的印象是:

中国物理学家是勤奋的,富有创造力的,他们在实验的各个方面都作出了重要的贡献!”

唐孝威等中国科学工作者的成绩得到了国际物理学界的高度评价。然而,熟悉唐孝威的同事们都知道,他在胶子实验中的工作,仅仅是他丰富多彩的工作史上短短的一页而已。他以忘我的工作精神,卓越的才干,为祖国的原子能事业(原子弹与氢弹的有关技术)和航天事业(人造回收卫星仓内辐射测量)做过许多出色的工作。

1949年初,唐孝威在上海的中学里就加入了中国共产党。当时,在地下党的领导下,他努力完成任务,积极传播革命的真理。

解放后,他以优异的成绩考入清华物理系。

1952年,二十一岁的唐孝威来到原子能研究所,从事核物理实验工作。在钱三强、王淦昌、赵忠尧等老一辈科学家的关怀下成长起来。他们小组承担了研制轻便型盖革计数器的任务,成果达到了当时的国际水平,获得1956年国家颁发的自然科学三等奖。

六十年代初,他离开了条件优越的北京,来到了西北高原,在艰苦的条件下,奋战在国防科研战线上。他带领一批年轻的实验核物理专业的大学毕业生,完成了一系列任务,在我国第一颗原子弹和第一颗氢弹的研制中作出了重要的贡献。党和人民对他的工作给予了很高的评价。他与其他参加原子弹试验的有功人员一起,受到了中央领导同志的亲切接见,合影留念。

1973年,为了加强高能物理这一新兴学科的研究,成立了中国科学院高能物理所,并从全国各地抽调了一批人才。张文裕所长慧眼识才,早就选中了唐孝威。于是,他又回到北京,领导一个实验组,从事基础研究。

1978年以来,他们组长期参加国际合作,先后在联邦德国电子同步加速器中心和西欧核子研究中心进行实验,从事量子电动力学、量子色动力学和电弱力统一的研究,在国内外期刊上发表了多篇论文。

此外,他还积极组织国内有关大学联合进行原子核乳胶实验和气泡室数据分析的国际合作,由此促进了国内的科研工作和对学生的培养。

他凭借深厚的理论根基、丰富的实践经验和广泛的研究兴趣,多年来一直还关注着生命科学和天体科学的基本问题,以很大的热情参加学术讨论。

他主编的《粒子物理实验方法》,这本77万字的巨著,荣获了1984年全国科技书籍一等奖。

他在进行科学实验的同时,还担任中国科技大学、四川大学和山西师范大学的兼职教授。多年来,他为培训出国人员、指导研究生倾注了大量的心血,先后已培养了二十几位研究生,连许多素不相识的学生,也得到他的热心教诲。这方面的事例俯拾皆是,例如,一次他在合肥中国科大讲学时,有一位复旦大学的博士研究生慕名从上海赶到合肥,向他请教。他热情地为这位素昧平生的学生个别辅导了五个多小时。这种扶植新人,诲人不倦的精神,由此可见一斑。

今年,正当春暖花开之际,唐孝威同志应邀来沪讲学。值此机会,我们采访了他。-

唐孝威同志是著名的全国劳动模范,中国科学院年轻的学部委员之一。他一双炯炯有神的眼睛,闪烁着热情、坚毅和勇于进取的光芒;言谈笑语之中,洋溢着火一般的热情。当记者问及他以往的工作成就时,当记者谈起国外舆论对他工作的评价时,他一再谦虚$摇摇手说:“这些工作都是集体智慧的结晶,我个人的工作没有什么可说的。那些事情已经过去,重要的是现在和将来。”他表示,今后要为祖国发展高技术和培养优秀人才而努力。

科学之路,荆棘丛生,坎坷不平。唐孝威,就是一位在这条崎岖小路上勇往直前、永不怠息、永不停步的开拓者。