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静水流深处 笃行学问间 ——记高能实验物理学家叶铭汉院士

2015-01-01   中国民主同盟   阅读量:30

静水流深处 笃行学问间 ——记高能实验物理学家叶铭汉院士

白云翔

或许有一天走在中关村的大街上,你会碰到这样一位背着双肩包的白发老人,略显清瘦,但精神矍铄,步履轻快。你不会想到,正是这位看似平凡的老人,为我国核物理实验研究和高能物理实验研究在国际上占有一席之地作出了重要贡献。他就是我国高能实验物理学家、粒子探测技术专家、中国工程院院士、民盟盟员叶铭汉先生。

叶先生长我半个世纪,伴随中国高能物理的发展,先生已走过90个春秋。尽管我在高能物理所的院子里也时不时地碰见先生,但是直到今天与先生面对面交谈时,我才发觉自己面对的是怎样一座宝藏。先生谈吐之间始终保持着一种儒雅与平和,在他看来,“真理的声音高于一切”,了解先生的人都熟悉他那种散淡与不争的处世方式,当然也能感受到那份儒雅背后的智慧,散淡之间的力量。伴随着先生的讲述,我仿佛穿越了时空,看到了那个世纪之初踌躇满志、立志报国的热血青年。

行健不息:莘莘学子来远方

1949年9月的一个早晨,清华大学科学馆前挤满了学生,大家都急切地等待一个年轻学者的出现,科学馆的大教室座无虚席,好多人只能站在两边,演讲人是刚从法国归来的钱三强。受当时国际环境的影响,原子核物理成为热门学科。“中国必须发展自己的核物理”,钱三强直人快语的演讲引爆了清华园积蓄许久的“原子核热”。在众多学生听众中,有一位面带微笑、目光有神的年轻人,他就是后来的著名物理学家叶铭汉。

1925年,叶铭汉出生于上海一个知识分子家庭。小学和初中时,叶铭汉的成绩常处于中下水平,“我舅舅在过年时总会祝我顺利升级,那时候我的学习很一般,能升级就是好事”。

1942年,叶铭汉离开了处于抗战前沿的上海,几经辗转,历时四个月到了重庆。两年后,他考取西南联大土木系学习水利。尽管校外烽火连天,但“科学救亡”的豪情在西南联大师生胸中激荡,“千秋耻,终当雪;中兴业,须人杰”,炮火伴读的经历更加激发了青年叶铭汉的求学志向。抗战时期的西南联大集中了国内大批知名学者,保存了中华民族教育的精华。当时,他的叔父、被誉为“中国物理学教父”的叶企孙先生正在西南联大任教。叶铭汉自幼将叔父视为人生楷模,他在学业和人生方面做出的选择,叔父总是默默地支持,却并不干预。

进入大学不久,正赶上国民政府的从军动员,经过反复考虑,叶铭汉觉得“先打两年鬼子,然后再回来读书也不迟”,1945年1月,叶铭汉随联大的300多名学生被编入青年远征军赴印度蓝伽抗日。当时战争已近尾声,叶铭汉发现从军并非当初想象的那样要去陷阵杀敌,只是接受驾驶训练等操练而已,于是在抗战胜利后不久他便返校复学。

“春风化雨乐未央,行健不息须自强”,正是在那个时局动荡的环境下,叶铭汉下定决心“好好念书,做个学者,不过问政治”。1946年5月,西南联大复校为清华、北大、南开三所大学。早已对物理产生兴趣的叶铭汉通过转系考核,如愿进入了堪称“中国物理学家摇篮”的清华理学院。大学毕业,在当时国内发展核物理的热潮推动下,叶铭汉怀着“科学报国”的热情,决定跟随钱三强学习核物理,并以此为起点投身中国加速器技术研究,最终为高能物理实验的科学发展作出巨大贡献。

从零起步:发展中国加速器技术

1950年7月,中国科学院近代物理所刚刚组建,办公地址就设在位于北京东皇城根甲51号的两座破旧的灰砖楼里,当时这里聚集着赵忠尧、王淦昌、何泽慧、彭桓武、邓稼先等众多后来名重一时的科学家。根据老师钱三强的建议,尚未完成硕士学业的叶铭汉来到了大师们中间。

钱三强曾对叶铭汉说:“中国要发展核物理就需要有加速器,需要有探测器,更需要有一流的科学团队。”尽管当时国内的科学团队堪称一流,但却面临着“要想吃面包,先需种麦子”的困局,在基本的设备缺乏和关键部件遭国际禁运的双重挑战下,中国的加速器技术从零起步了。

刚到近代物理所的叶铭汉加入了由赵忠尧主持的静电加速器组,在科研条件简陋、经费也很有限的条件下,他开始了静电加速器的研制,一干就是20余年。

一开始,叶铭汉负责0.7兆电子伏特质子静电加速器的离子源和加速器的后期总装。当时国内器材奇缺,加工条件也很有限,仅依靠赵忠尧从美国带回来的加速器部件,最终在1955年建成了我国第一台带电粒子加速器,并开始稳定运行。

这给了叶铭汉极大的鼓舞。之后他参加了由赵忠尧领导的2.5兆电子伏特质子静电加速器的研制工作,历经三年于1957年年底初步建成。1958年,叶铭汉担任静电加速器组副组长,负责加速器的改进和运行,改进后的静电加速器稳定性大大提高,各项指标均达到当时国际同类型加速器的水平。与此同时,叶铭汉也在摸索探测器技术,钻研实验研究。1962年,他通过自行研制的加速器,选用合适厚度的靶发现了24Mg的一条新能级,这一发现表明,我国当时的加速器技术和探测器水平又上了一个新台阶,这让叶铭汉对未来充满了希望。

然而就在这时,“反右”、“大跃进”、“文革”相继开始,国内“运动”频发,受其影响,科学研究发展缓慢。当初那个本不希望过问政治的叶铭汉,却要反复被“政治”过问,尤其是青年远征军的经历成为他一段不得不重复交代的过去。“尽管环境是那样,但大家整体的学习气氛是很不错的,白天参加运动,晚上吃过饭就到所里看书、研究。”已是不惑之年的叶铭汉从来没有忘记当初的追求。

立足高能:建设正负电子对撞机

1978年3月18日,全国科技大会在北京召开,“文革”结束后被长期滞缓的科技事业开始复苏,早在1956年就提出的建造高能加速器的国家规划被重新提上日程,这让叶铭汉感到“科学的春天”到来了。

核物理是新中国基础科学研究的重点之一,而高能物理是核物理向更高能方向的发展。从1956年参加苏联的联合核子研究所开始,中国就开始发展高能物理。“高能物理被钱三强先生称为现代科学发展的‘前哨阵地’,只要有所突破,就会对工业技术、经济发展和社会进步起重大作用。”已经在高能物理所工作的叶铭汉很清楚,发展高能物理首先需要建造我们自己的大型加速器、探测器。

中国高能加速器的建设从1956年首次提出到1983年最终批准,整个探索论证历时近30年,经历了“七下八上”的曲折过程,即八次提出方案,七次因方案改变或其他原因而停止。

为了推动高能物理研究和高能加速器的研制,中科院于1973年在原子能研究所一部的基础上成立了高能物理所,叶铭汉调入,并由此转向高能粒子探测器的研究开发。

1975年,叶铭汉和几位研究人员决定先行一步,放弃国际上高能物理探测器以泡室、流光室为主流的方案,成立研究小组专门研究多丝正比室、漂移室,同时在所内合作研制了新的电子学插件和数据获取系统,在国内首次实现了计算机在线数据获取。当时的中国,计算机还是个“稀罕玩意儿”。

1981年,国家决定建造2×2.2亿电子伏特北京正负电子对撞机。一年后,叶铭汉开始负责北京正负电子对撞机的核心装置——大型粒子探测器“北京谱仪”的研制。“北京谱仪”这个由多种探测器组成,重达400多吨的庞然大物,对我国当时的技术水平和制造能力都形成巨大挑战,此外,通过两万多路数据通道输出后的在线读出和分析系统,也考验着我国当时的电子学和计算能力,但叶铭汉有信心。

1984年,叶铭汉担任高能所所长,带领全所建设北京正负电子对撞机。“国家很重视,小平同志亲自抓,工程领导小组具体抓,各方面配合得很好,对撞机建设赶上了天时、地利、人和的好时候,我们很幸运。”1988年10月,对撞机工程完工,并实现了正负电子的对撞。

对撞成功后,各界认为,这是“中国继原子弹和氢弹爆炸成功、人造卫星上天之后,在高科技领域又一重大突破性成就”,国际上的科学家称,这是“中国科学发展的伟大进步,是中国高能物理发展的里程碑”,中国人自力更生、艰苦创业的精神再次被振奋,对撞机建设的成功远远超出了它本身的科学意义。

叶铭汉在作述职报告时说,“回顾在1980年和1981年,八七工程刚下马,不少人对于高能物理所的前途没有信心,对于建造高能加速器没有信心,怀疑我国是否有条件进行。四年多来,通过大量实践,通过北京正负电子对撞机和“北京谱仪”的建造以及全所其他科技工作和各方面的进展,大家已深信不疑,中国科技人员、工人和管理人员是有能力赶超世界先进水平的。我们的工作为国争了光!”

再上新“高”:从高能所到高科技中心

“中国必须在世界高科技领域占有一席之地。”对于邓小平同志在参观北京正负电子对撞机时的那次讲话,叶铭汉记忆犹新。

从1994年起,叶铭汉退而不休,在李政道先生的建议下进入中国高等科学技术中心工作。作为中心学术主任,他通过建立学术交流平台,推动了中国基础科学的研究发展。在这一过程中,他最为关心的还是中国高能物理的发展。

2012年,高能物理所主持的大亚湾中微子实验取得重大科学发现,一种新的中微子振荡让全球科学界注目。在此基础上,江门中微子实验作为中国中微子实验研究的二期工程于2015年1月启动建设,有科学家评价,这是一项极有可能做出“诺贝尔奖级”成果的研究,对此,叶铭汉说:“我有这个信心,我们国家的高能物理之所以能够不落后于国际水平,能做出一流的成绩,正是因为我们在并不宽裕的时候有了对撞机,有了一个正确的开始。”

随着中国高能物理不断发展,科学家提出了新的规划——环形正负电子对撞机(CEPC),这一规划如得到实施,中国将成为继欧洲核子中心之后的又一个国际高能物理研究中心。叶铭汉认为,有了对撞机的成功,加之国家经济发展的势头,CEPC非常可行。

“科学技术的创新发展要求基础科学要有突破,高能物理在基础科学研究中占有极为重要的地位,目前高能物理的发展空间仍然巨大。”面对外界关于“高能物理的黄金时代已经过去”的说法,叶铭汉并不认同,“21世纪面临的重要的基本科学问题,比如暗物质、暗能量等问题,需要通过高能物理突破,更重要的是,物理学的基础研究一直为其他学科提供新的研究工具和方法”。

叶铭汉先生虽已九十高龄,但走起路来经常是一路小跑,高科技中心的年轻人从不认为他是个老人,李政道先生也曾把他喻为一头具有巨大内在力量的“bison”(野牛)。

“高技术中心的发展要重新考虑,也要转型。”如今已90岁的叶铭汉在科学追求的道路上从不止步。

上善若水:“不争”的朴素人生

“我不是个聪明人,记忆力也不好,但我最大的特点是做事情能坚持。”正如叶铭汉所言,从1949年师从钱三强一头扎进核物理的科学世界到主持北京正负电子对撞机的建设并最终建成,叶铭汉一直在坚守,他相信“一个人如果能锲而不舍地坚持,总能做出点什么来”。

在所里人们都称他“老叶”,平易近人、温和儒雅是他留给大家的共同印象,在叶铭汉八十华诞的纪念活动上,已卸任的常务副所长张厚英说:“老叶的特点就是特别不要权。”正是“向下放权”这一领导方式,使得高能所在那个时期涌现和历练出一大批优秀人才,成为后来对撞机升级改造工程以及其他国家重大科学装置建设的中坚力量。在任期间,最令他为难的是每次主持职称评定,在“老叶”看来,每个参评者都很优秀,都有自己的特点,“我虽然是所长,但并没比任何人高多少,要充分发挥大家的才能,所以工作的时候也并不是那么忙得不可开交”。

“我们这一代人,只知道老老实实地做事情,提高业务水平,对于名和利上的事情从来不计较、不争抢。”在90年的人生历程中,叶铭汉不管走到哪里总能跟周围的人融洽相处,把大家团结起来,“真理不用强辩,只要把工作做好了,其他的事情不用太操心”。

叶铭汉住在位于中关村的科学院家属楼,距离工作单位两站地,已进入耄耋之年的他,一直坚持步行上下班,“我生活上不太计较,平时吃得很简单,奢侈的东西不追求,衣服要很破了才换掉”。

这就是我敬佩的叶先生,平凡而又高风亮节。

(作者系中国科学院高能物理研究所副研究员)