张文裕：“我的愿望终于实现了”

来源：赤子杂志社发布时间：2013-05-16

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1984年10月7日，座落在北京西郊玉泉路的中国科学院高能物理研究所（简称高能所），彩旗飘舞，锣鼓喧天，热闹非常。中国高能物理学家们盼望已久的大型科学研究装置——“北京正负电子对撞机”开工兴建。上午10点，邓小平等党和国家领导人来到工地为工程培土奠基。

　　奠基典礼上，邓小平与到场的中外来宾合影后，微笑着走到一位儒雅的学者面前，与之亲切交谈。这位学者置身于这样的喜庆氛围，憧憬着几年后中国自己拥有的高能物理实验基地将要在这里诞生，抑止不住心中的激动，紧紧握着邓小平的手，动情地说：“我的愿望终于实现了……”

乡村中走出来的剑桥博士

　　张文裕，1910年1月9日出生在福建省惠安县涂寨镇宫后村，父亲在涂寨镇上经营一间小药店，母亲在家操持家务。父母共养育了8个子女，但只有老四张文裕及一个弟弟、一个妹妹长大成人。

　　张文裕自幼聪明好学，在村中读了两年私塾之后，于1921年到惠安县城的“时化小学”插班读四年级，1923年小学毕业，以优异成绩考进泉州著名的教会学校——培元中学。此时，“五四”新文化运动蓬勃发展，“科学救国”、“教育救国”的思想深深打动了他，使他能够在家境拮据的情况下，坚持半工半读。

　　张文裕17岁那年，父母为了早抱孙子，急于让他与童养媳“圆房”，便谎说母亲病危，将他骗回惠安老家。然而当他急匆匆赶到家时，却见母亲一切如常，才知道自己“上当受骗”。张文裕虽然是个极孝顺的孩子，但对于这样的 “婚事”安排，仍然坚决不答应。他趁家里人不注意，连夜逃到离家乡几十公里的崇武半岛，在大岞村的一所小学一边教书一边自学余下的中学课程。半年后，他回到母校，但已错过了毕业考试时间，无法拿到文凭。正当他焦急万分、不知所措之际，对刻苦读书、成绩优秀的张文裕颇为喜欢的培元中学校长许锡安及时伸出援手，亲自写信给自己同学、燕京大学物理系主任谢玉铭，极力推荐张文裕以同等学历参加燕京大学的入学考试。

　　满怀希望的张文裕靠着学校和老师资助的路费，只身从厦门乘船途经上海赶往北平参加考试。岂知命运又和他开了一次“玩笑”，当他千里迢迢赶到北平时，燕京大学的入学考试已经结束，因为谢玉铭教授的推荐，校方才单独为张文裕出题考试，并破格录取了他。

　燕京大学是美国教会办的一所以美国式的教学作为规范的大学。这所学校，在物理学的教学中十分强调实验，在实验教学和理论教学的关系中又以实验为主。在燕京大学学习期间，张文裕得到物理系谢玉铭、杨盖卿、孟昭英、诸圣麟等教师的悉心指导，围绕科学实验的基本功和工作态度进行了认真的训练，理论知识和实际动手能力都有长足长进。

　　1931年，张文裕毕业后留校当了助教，同时在燕京大学研究生院继续学习，后来成为其终身伴侣的王承书（比张文裕低两个年级）就是他当助教时的学生。第二年他被提升为正式教员，研究生院毕业后，他获得硕士学位。1934年，张文裕考取了第三届英国庚款出国留学资格，获得赴英国剑桥大学深造的机会。

　　英国的剑桥大学是国际公认的世界名校，张文裕1935年进入剑桥大学后，在卡文迪什实验室攻读博士学位，导师是诺贝尔奖获得者、当时任该实验室主任的物理学家卢瑟福。

　　卡文迪什实验室是世界上第一个既教学又作科学研究的单位，是当时很有影响的近代物理研究基地，也是世界上培养人才最有成就的实验室之一。在这里，张文裕学习十分刻苦，短短几年时间，便在核反应共震现象的研究、8Li的产生和衰变的机制与8Be的核结构、高能光子与中子作用下新放射同位素的产生过程的发现和研究等方面取得重要成果。他与合作者写的五篇论文均发表在英国皇家学会会议录等刊物上，深得导师卢瑟福赞许，并引起国际核物理学界重视。

杨振宁曾是他的学生

　　张文裕从自己青少年时代艰难的求学经历和多年科学研究工作经历中深切感受到，青年时期是否接受良好教育，对人生的发展是多么重要。因此他十分重视、关心基础教育，曾长期在国内、国外的大学工作，培养了不少出色的学生。

　　1938年底，满怀报国热情的张文裕一回到国内便急忙赶到“防空学校”所在地贵阳，希望在那里谋个职位，以便直接为抗日战争服务。为此，他回国前曾经经“防空学校”教务长介绍，自费到柏林:AEG工厂学习探照灯技术。到达贵阳后才知道“防空学校”已经迁往桂林，并且得知该校那时已无法安排他的工作。于是，经物理学家吴有训介绍，张文裕于1939年2月到四川大学任教授。半年后，又应西南联合大学聘请，任该校物理学教授。

　　在西南联合大学这段时间，张文裕讲授的主要内容是“天然放射性和原子核物理”。当时，国内的大学里能开出这样课程的并不多见。因此，他讲授的这门课程特别吸引人，听课的大多是研究生和助教，其中不少人后来成为中国乃至世界著名的科学家，如杨振宁、李政道、唐敖庆等。

　　那时，数学家熊庆来在云南大学任校长，他十分欣赏张文裕的才华，便通过华罗庚介绍，邀请张文裕到云南大学兼课。张文裕欣然应允，便又在云南大学物理系讲授光学。

　　这期间，由于日本帝国主义的疯狂侵略和国民党政府的腐败无能，国内局势异常混乱，各方面条件十分艰苦。张文裕在讲课之余虽尽力创造条件，做些研究工作。但由于当时物价飞涨，师生食不果腹，教学和科研都很艰难。眼见报国之志，无法施展，他感到非常失望。正好这时美国加州理工学院院长密立根、普林斯顿大学著名物理学家惠勒都邀请张文裕前往他们学校任教，于是张文裕决定远赴美国继续从事教学和核物理研究。

1956年张文裕回国后，在繁忙的科研工作之外，从1958年起，他在中国科学技术大学任兼职教授，主讲“普通物理”这一重要的基础课程。以后他又兼任中国科学技术大学近代物理系主任，对该系的建设和发展做出了重要贡献。

　　国内恢复研究生制度后，张文裕陆续招收多名研究生。他对学生既循循善诱，又严格要求。不但要求学生学会使用实验中的各种仪器、设备，还要求他们逐步学会设计、制作实验需要的各种设备。他十分重视学生对物理概念的理解，要求他们必须有清晰的物理图象。他还要求学生下功夫学习数理统计，以便学会从分析数据中找出本质的东西。他认为一个高水平的实验人员既要能提出物理问题，又要能自己制造、调试实验所需设备，通过实验，获取数据、分析数据，并从实验数据中找出新现象，得出新结论。

　　张文裕担任高能所所长之后，始终把培养一支具有高素质的科研队伍作为他自己工作的重要目标之一。1978年实行改革开放之初，他积极利用在海外工作期间建立的关系，将我国从事高能实验物理及加速器物理的科研人员陆续送往世界各大高能物理研究中心进修、工作，使他们较快地掌握国外最新技术，了解国际科技前沿的发展动态，快速成长为中国高能实验物理及加速器建造的中坚力量。

发现“μ子原子”的存在

　　张文裕以严谨、踏实的科学态度，孜孜不倦的探索精神，毕生奋斗在物理学研究的前沿，取得了多项开创性成果。

在燕京大学工作期间，他与同事合作，对北京地区大气的荷电（电压）和尘粒密度的关系进行观测；对钢丝的磁滞效应随温度的变化和皂石的物理、化学性质进行研究，成果均在有关学术刊物上发表。

　　在英国剑桥大学卡文迪什实验室攻读博士学位期间，在卢瑟福指导下，参加了利用人工放射性和人工加速粒子进行原子核反应的研究，用中子丢失反应高产额地产生了几种新的放射性同位素。这些研究成果分别以《来自轻元素放射性衰变的α粒子》和《高能γ射线和中子产生的放射性》为题发表于1937年的《自然》（Nature）杂志上。

　　四十年代中期，他与罗森布鲁姆合作，利用普林斯顿回旋加速器80厘米直径的磁铁建造了一台α粒子能谱仪，并测量了多种放射性元素的α粒子能谱。为了记录经过磁偏转的α粒子，他与罗森布鲁姆一起发明了世界上最早的多丝火花探测器。这台多丝火花室由八根丝组成，只对游离大的α粒子灵敏，对β不灵敏，特别是在强磁场与真空中也可以使用。这在当时是核探测技术的重要创新，也是后来大型丝室、漂移室等速度更快、定位更精的电子学探测器的前驱。

　　五十年代初，张文裕在美国普度大学系统地研究了海平面的大气贯穿簇射，并对Λ°奇异粒子作了系统全面的研究。他当时对短寿命中性Ｋ介子等的测量结果，同30年后粒子表所列结果相当。可见他当时的工作水平之高。

　　张文裕最重要的研究成果是发现“μ子原子”的存在。μ子是1936年被发现的，当时人们对它的性质还很不清楚，一直以为它是强相互作用粒子，被核吸收以后会产生核反应，放出能量。因此，研究这种现象是当时粒子物理学家共同关注的问题。

　　1947年，当时在美国普林斯顿大学帕尔麦实验室（后改名为亨利实验室）任物理研究教授的张文裕对这项研究也颇感兴趣。他自己设计制造了一种能够自动控制、选择和记录宇宙线稀有事例的多层金属箔云室作为探测器，在宇宙线μ子吸收的实验中观察到一种与人们的预料相反的现象，即μ子被核吸收之后，没有放出α粒子或质子，也就是说没有引起核反应。他由此判断：μ子和原子核没有强相互作用。随后，他带着这个问题仔细察看、分析了1948年底至1949年初共计2600余小时拍摄所得的云室照片后，得到7张预示有新现象的照片。这些照片显示：当负μ子停止在金属箔上时，有1～5MeV的低能电子或电子对发出，它们的方向指向负μ子停止的地方。经过仔细研究，张文裕发现，当带负电荷的μ子通过云室的金属箔逐渐慢化后，在强大的核的正电荷的吸引下，原来围绕原子核沿定态轨道旋转的电子被负μ子取代了。这种现象后来被称为μ介原子（或μ子原子）。

　　张文裕的这一发现在理论上得到著名核物理学家费米和惠勒等人的支持。由于μ子的质量比电子大200倍，μ子在μ子原子的某一玻尔轨道只应为电子相应轨道的二百分之一，即μ子比电子离核更近，用μ子作为探针来观察核结构要准确得多。所以，μ子原子的发现提供了研究原子核结构的新的途径和方法，具有十分重要的科学意义。

　　张文裕的这一发现促进了物理学家要尽快建造μ子工厂来深入研究原子核。1953年，第一台μ子工厂在哥伦比亚大学建成，第一个实验就是检验张文裕的宇宙线实验结果。结果很快证实，二者定性的结果完全一致。
　　1964年半导体探测器发明后，著名美籍华裔物理学家吴健雄和她的研究组用半导体探测器对几乎所有的原子核都用μ子原子作了研究。1977年，吴健雄和赫斯在他们合著的《μ子物理》一书中写道：“当减速的负μ子被原子核俘获时，形成μ子原子。用云室研究减慢的宇宙线负μ子被原子核俘获时，第一个观察到产生X射线的是张文裕。”张文裕的这一发现，被物理学界称之为“张辐射”、“张原子”。

　　一个重要的科学发现会导致一门新兴学科或技术的发展。μ子原子是一种新的物质形态，它的发现大开了物理学家们的眼界，导致了μ子物理的迅速发展，并开创了奇异原子研究的新领域。这一过程还揭示了宇宙线实验和加速器实验之间的关系，以及开发先进的粒子探测技术的重要性。目前，μ子物理研究领域已经硕果累累，张文裕作为这个学科领域的开拓者，在国际物理学界享有盛誉。

中国高能物理实验基地的倡导者

　　新中国成立后，当时担任旅美中国科学家联合会主席的张文裕即想回国为发展祖国的高能物理事业效力，但因受到“麦卡锡主义”的迫害和阻挠，直到1956年，他才费尽周折，由中美两国驻波兰大使的定期会晤商定，绕经欧洲回到北京，先后在中国科学院近代物理研究所和原子能研究所从事科研工作。

　　恰在这一年，中共中央发出“向科学进军”号召。国务院科学规划委员会依据“重点发展，迎头赶上”的指导方针，制定了《1956——1967年科学技术发展远景规划纲要》。将“原子核物理与基本粒子物理”确定为今后十二年内物理学重点发展的三门学科之一。

　　得知国家这样的科学发展规划，多年从事高能物理研究的张文裕十分兴奋，认为自己回来的正是时候。但同时他也明白，高能物理的实验研究在很大程度上要依赖能产出高能粒子束的加速器，刚刚建立不久的新中国，百废待兴，无论财力、物力和人力，还不可能建造这样大型的科研设备。

　　那时，他为了更好地研究高能宇宙线粒子引起的高能核作用，提议在云南宇宙线高山实验站增建一台大型云雾室组，并利用他从国外带回的高级平面玻璃和一些实验工具，建成了当时国际上规模最大的云雾室组。在随后的实验中，发现一个可能的质量10倍于质子的重粒子，并在此项工作中培养了一批宇宙线研究人才。

　　60年代初，张文裕受中国政府委托，前往设在苏联杜布纳的联合核子研究所（该所建有当时世界上最大的高能粒子加速器）担任中国组组长，在中苏关系恶化、中国科学家倍受刁难的困难条件下，他带领一个联合研究组坚持进行粒子物理研究。

　　1964年11月，周恩来率领中国党政代表团访问苏联，在莫斯科听取张文裕关于联合核子研究所情况汇报后当即表示：“看来在国内我们自己也必须发展高能物理这门科学。”听到总理的这一明确表态，更加坚定了张文裕将建立中国的高能物理实验基地，培养和形成中国的高能物理研究队伍作为自己的奋斗目标。

　　1965年6月，中国迫不得已宣布退出联合核子研究所。中共中央随即决定由聂荣臻主持建设中国自己的高能物理实验基地，准备每年投资2000万元在国内建造一台质子同步加速器。十分遗憾的是，1966年爆发的“文革”动乱使中国高能物理工作者期盼已久的高能加速器建造计划被迫搁置。

　　1972年8月18日，张文裕与朱洪元、谢家麟等18位科学家给周恩来写信，反映我国高能物理研究工作十几年来五起五落，发展方针一直未定。就这个问题简要阐述了他们的看法，提出必须发展高能物理以及建造高能加速器，以改变中国高能物理的落后状况。并建议尽快成立高能物理研究所。9月11日，周恩来复信给张文裕，对高能物理研究和高能加速器的预制研究工作做出指示：“这件事不能再延迟了。科学院必须把基础科学和理论研究抓起来。高能物理研究和高能加速器的预制研究，应该成为科学院要抓的主要项目之一。”

为了落实周恩来关于高能物理研究和高能加速器预制研究的指示，中国科学院和第二机械工业部经过研究，于1973年2月1日组建了由中国科学院领导的高能所，其主要方向任务确定为高能物理研究和高能加速器预制研究。同时决定张文裕为首任所长。

　　1975年3月，周恩来、邓小平批示同意“关于高能加速器预制研究和建造问题的报告”，准备在十年内，经过预研，建造一座能量为400亿电子伏的质子环型加速器。国家计委同意将高能加速器预制研究工程列为国家重点科研项目。

　　此后，由于种种原因，高能加速器预制研究和建造工作进展并不顺利。张文裕心急如焚，不得不与赵忠尧、何泽慧、谢家麟、朱洪元等30余位科学家分别于1977年5月、1980年5月两次写信给中央领导，反映高能加速器预制研究遇到重重困难。同时强调“高能物理是当代物理学的前沿，是基础科学带头的项目之一”、“历史经验告诉我们，物理学的每一重大突破，都能够促进生产技术的飞跃发展”、“高能物理和其他自然科学一样，必须以实验作为基础”、“有了高能物理实验基地，就能积聚人才、培养人才，有利于改变在科学技术上长期跟在外国人后面走的状况”等四条理由，恳切希望中央对高能物理继续给予必要的支持。

　　1981年，张文裕亲自主持高能物理研究基地建设调整方案的论证，广泛征求和听取国内外高能物理学家的意见，在确定建造北京正负电子对撞机以及对撞机的物理目标和能区选择上起了关键作用。

　　在邓小平等中央领导支持下，1983年4月，国务院批准高能所提出的北京正负电子对撞机建设方案正式立项，1984年10月，工程破土动工。高能所全体职工与全国１０多个部委，几百家工厂、研究所和高等院校的近万名科技专家、工人、干部，夜以继日，艰苦奋战四年，高水平地完成了工程建设任务。

　　北京正负电子对撞机投入运行后，成为国际上在相同能区稳定运行、产生数据量最大的实验设施，已经取得一系列国际公认具有世界水平的物理成果，在国际上备受瞩目。

将“希望”留在人间

　张文裕生前常和身边的同志说，一个国家科学不发达就要落后，这个民族就没有希望；科学研究和教育事业密不可分，全民族的素质不提高不行，教育上不去，人才培养不出来，科学事业就会后继无人。青少年时期艰苦求学的经历，使他对贫困学生寄予无限同情和关爱。弥留之际他曾多次嘱托夫人：不为儿孙留任何遗产，要将一生的积蓄全部捐献出来支持祖国的教育事业。

　　l992年11月5日，张文裕走完了他的人生旅程，永远离开了亲人和他所热爱的科学事业。11月21日，夫人王承书和儿子张哲遵照张文裕遗愿，将他们存款中的10万元捐给“希望工程”（这是当时“希望工程”收到的国内最大一笔个人捐款）；3万元捐助家乡的教育事业；剩余的存款全部交了党费。并将他们的全部藏书捐给高能所图书馆。

　　张文裕这位蜚声国际的科学家，身后无私地捐出了毕生积蓄，可他和夫人生前的生活却简朴得令人吃惊：卧床是木板的，沙发和几个普通的木衣柜是五十年代刚回国时购置的；冰箱是一台早已“落伍”的40立升的；洗衣机也只是单缸的。即便是被他们视为“宝贝”的各类学术书籍，也只有一部分摆放在 3个有门的普通书柜中，更多的只能码放在4个拉了布帘的书架之上……张文裕就是这样一位心中只有科学，只有教育，只有他人的令人无限崇敬的人。

　　经中国青少年发展基金会安排，1994年秋天，用张文裕的捐款在西藏日喀则地区萨迦县建成的该县第一座完全小学——“文裕希望小学”开学，当地藏族同胞为子女能够就近入学欢欣鼓舞。师生纷纷表示，决不辜负前辈厚望，让这座包含张文裕殷殷希望的学校，为促进边疆地区教育事业的发展作出应有贡献。

　　张文裕离开我们已经20年了。可以令先生欣慰的是，他积极倡议建造的北京正负电子对撞机在科技人员精心维护下，高效率运行，已经获得“τ轻子质量的精确测量”、“2-5 GeV能区强子反应截面（R值）测量”、“发现新共振态”等一批重大成果。高能所已经成为世界八大高能物理研究中心之一，中国的高能物理研究已经在国际高能物理研究领域占有重要的一席之地。近年，在国家大力支持下，北京正负电子对撞机经过重大改造，性能有了大幅度提高。我们有理由相信，通过科技人员的不懈努力，融进张文裕晚年全部心血的中国高能物理研究一定能不断取得新的、更大成绩。

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