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人物介绍 叶铭汉叶铭汉（1925.4.2.- ）实验高能物理学粒子探测技术专家。上海市人。1949年毕业于清华大学获学士学位。中国科学院高能物理研究所研究员，中国高等科学技术中心学术主任。曾任中国科学院高能物理研究所所长。50年代参加我国第一、二台带电粒子加速器(700仟电子伏和2.5兆电子伏静电加速器)的研制，建成后负责其运行和改进，对我国低能加速器的发展做出贡献。后率先研制和发展多种粒子探测器，开展我国第一批核物理实验，做出了国际水平的物理工作。70年代开展多丝正比室、漂移室等高能物理实验常用的粒子探测器的研制，首先在国内实现多丝正比室计算机在线数据获取。1982年起主持大型高能物理实验粒子探测装置“北京谱仪”的研制。是大型科研工程“北京正负电子对撞机和北京谱仪”的主要科技领导人之一。获1990年国家科技进步奖特等奖。1995年当选为中国工程院院士。 时代背景 1953年，美国建成一台高能质子同步加速器，能量为33亿电子伏，位居世界第一。当时在近代物理研究所的物理学家赵忠尧、钱三强、王淦昌、彭桓武、肖健等对这台加速器十分留意，大家分工做了调研，专门开了一次面向全所的学术报告会，分头报告并进行讨论。尽管当时叶铭汉等正在研制一台700千电子伏的静电加速器，能量还不到美国静电加速器的四千分之一，但是我国的物理学家信心十足，坚信中国也会有高能加速器，相信我国一定能赶上，一定会建成中国的高能加速器。1956年，我国政府决定开展高能物理实验研究。当时，我国参加了位于苏联的杜布纳联合核子研究所，每年缴纳运行费约1000万美元。在当时国家财政总收入较低的情况下，这一笔钱应该是相当可观的，显示了我国政府对高能物理的重视。“一上”:1957年，中国派出了一组科技工程人员，在王淦昌领导下，到苏联去学习、进修，设计一台10亿~20亿电子伏的电子同步加速器。这是我国高能加速器的第一次上马。“二上”:1958年“大跃进”时，部分研究人员也跟着头脑发热，认为10亿~20亿电子伏太低了，应该直接把能量提高到超过当时国际的最高水平，目标改为设计一台150亿电子伏的质子同步加速器，要争世界第一。“三上”:1959年，大家认识到，目前我国还没有条件马上建造世界上能量最高的加速器，所以目标改为设计一台强流的4.5亿电子伏的质子等时性回旋加速器。这是一台中能强流加速器，流强指标位居世界前列。后来，由于“大跃进”，经济困难，这台加速器不得不下马。1962年初，我国刚度过困难时期，还有过一次建造高能和低能加速器的讨论，在位于中关村的原子能研究所一部进行，由钱三强所长主持，叶铭汉担任会议秘书，参加者有王淦昌、梅镇岳、赵忠尧、杨澄中、李正武、朱洪元、谢家麟、张文裕等。大家经过讨论，建议建造一台20亿电子伏的电子同步加速器，其指标回到了1957年的指标;另外，建议建造一台串列静电加速器。这一建议形成后不久因人事和政治形势变化，没有形成正式的文件，无人再提及这件事，也没有记入我国建造高能加速器几上几下的历史。“四上”:1965年我国退出杜布纳联合核子研究所后，决定在国内建造一台32亿电子伏的质子同步加速器。当时还考虑过这台加速器要建在“革命圣地”延安。这一加速器的指标是十分落后的，美国在1953年建成的33亿电子伏的加速器于1965年关闭，停止运行。“文化大革命”一开始，这一计划又无声无息地自动停止了。“五上”:“文化大革命”期间，加拿大有人提议建造一台10亿电子伏的强流质子直线加速器，主要用于生产核燃料。原子能研究所一部有人提出同样的建议，原子能研究所二部有人提出建造不同类型的加速器，两个部门分别做了初步设计，双方展开辩论，为此忙了一阵。1973年高能物理研究所成立后，开始重新讨论高能加速器的方案，这两个方案也就没有人提了。“六上”：1975年3月，国家批准在十年内，经过预研，建造一台高能质子加速器，这一工程代号为“七五三工程”。第一期工程的任务是预制研究和建造一台400亿电子伏的质子同步加速器，第二期工程的任务是研制一台达到国际最高水平的高能加速器。这是我国高能加速器计划建造历史上“五上五下”之后的“第六上”。要实现这一宏大计划，高能物理研究所当时所有的科研人员人数明显不够。当时高能物理研究所被特批了几十个名额，以便从全国引进工作人员，全所科技人员、工人、管理人员的总数迅速增长，超过1000人，成为中国科学院在北京地区人员规模最大的研究所。1976年打倒“四人帮”后，广大科技人员欢欣鼓舞，可以施展才华大干一场的机会终于到来了。大家认为“七五三工程”的目标不够先进，决定放弃这一计划，这是“六下”。“七上”：当时，还有一个比“七五三工程”更为激进的方案被提出，这是“七上”。1977年11月，国家决定加快建设高能物理实验中心，分为三步。第一步:不经过预研，立即建造一台能量级为300亿电子伏的慢脉冲强流质子同步加速器。第二步:1987年底，建成一台4000亿电子伏左右的质子同步加速器，完成相应实验探测器的建造，建成我国高能物理实验中心。第三步:20世纪末，建成世界第一流的高能加速器，并在实验物理和理论物理方面做出世界第一流的成果。 1984年，叶铭汉（右一）与李政道讨论北京正负电子对撞机建造方案中的问题。图源：中国科学院高能物理研究所官网这一工程的代号定为“八七工程”，含义是1987年完成4000亿电子伏左右的质子环状加速器。1978年3月，相关人员对方案做了修改，将第一步计划中加速器的能量由300亿电子伏提高到500亿电子伏。这一决定是非常先进且振奋人心的，叶铭汉当时也十分激动。但现在看来，这一决定却有冒进之失。高能物理研究所当时只看到高能物理的重要性和必要性，高能物理固然应该发展，但是没有充分考虑到具体条件。首先，国家的当务之急是什么?大家没有考虑到当时我国的经济情况，以及对高能物理的投资在国民经济总产值中可能占的份额和回报情况。以我国当时的工业和科研水平，我们有足够的人力来完成这一计划吗?假定国家拨付足够的研究经费，我们能按计划完成吗?当时我国 还受到西方的技术封锁，任何器材、方法上的困难都要自己从零开始摸索，独立解决，在这样艰难的处境下，能跟上国际第一流水平吗?当时叶铭汉等科研人员非常乐观，他们坚信，由于我国体制的优越性，可以集中力量干大事，我国的“两弹一星”就是这样成功的。可是，当时他们并没有意识到，高能物理并没有“两弹一星”那样高级别的优先权，因此目标设定得过于激进。 科学研究 高能物理，也被称为粒子物理学或基本粒子物理学，是研究物质最基本单位及其相互作用的科学领域。它试图解答构成我们宇宙的最基本元素是什么，以及这些元素如何通过各种力相互作用。为了探索这个问题，科学家们需要观察和分析发生在极小尺度上的事件，即微观世界。在微观世界中，原子、分子乃至更小的粒子如电子、夸克等构成了一个我们肉眼无法直接观察到的复杂体系。要理解这些粒子的性质，科学家们需要将它们从原子核中击出，或者使它们以足够高的能量相互碰撞，从而揭示它们的内部结构和相互作用的本质。这一过程通常需要借助于大型科学设施——加速器。加速器是一类能够产生高速运动的带电粒子的装置，它们可以是直线型的，也可以是环形的，甚至是两者的组合。加速器通过电磁场加速带电粒子，使其达到接近光速的速度。当这些高能粒子相撞时，它们会产生大量的能量，足以生成新的粒子，甚至是那些只存在极短时间的粒子，如著名的希格斯玻色子。世界上一些最著名的加速器包括位于瑞士和法国边境的欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC），美国的费米国立加速器实验室，以及日本的KEK加速器等。这些设施不仅是科学研究的重要基地，也是国际合作和交流的平台。加速器不仅仅是用于基础科学研究。它们还广泛应用于医疗、工业和材料科学等领域。例如，加速器产生的粒子束可以用于癌症治疗，通过精确照射癌细胞来减少对周围健康组织的损害。此外，加速器技术还在非破坏性检测、放射性同位素生产和元素转化等方面发挥着重要作用。高能物理的研究不断推动着我们对自然界的理解深入到更加基本的层次。每一次实验和每一项发现都可能为我们打开通往新知识的大门。通过对微观世界的探索，我们不仅能够更好地理解宇宙的起源和结构，还能够开发出新技术，提高人类的生活质量。总之，高能物理、微观世界和加速器三者紧密相连，共同构成了现代科学的一个关键领域。通过对微观粒子的研究，科学家们不仅揭示了自然界的基本规律，还为人类社会的发展提供了强大的科技支持。随着技术的进步和新型加速器的建设，未来高能物理学将继续在探索未知的道路上扮演重要角色。 目 录 精彩样章 来源：STEM与计算机方法