世界需要对撞机

　　文／小庄

对撞机内部

　　1927年，年方25岁的奥斯陆人罗尔夫·维德罗（1902~1996）正在德国亚琛工业大学攻读电气工程专业的博士学位。这个有着良好工科感觉的年轻人当时正面临一个困境，他没有造出自己理论中预言的电子感应加速器，以至于论文无法通过，毕业都成了问题。恰在这时，瑞典科学家古斯塔夫·伊辛利用漂移管上加高频电压来加速粒子的理论救了他。在伊辛的基础上，维德罗造出了世界上第一台直线加速器，递交了一份合格的毕业答卷。

　　维德罗的工作是在一项核物理研究进入关键阶段的大背景下完成的，因此意义非凡。1919年，英国科学家厄内斯特·卢瑟福用天然放射源中的高速α粒子束作为“炮弹”轰击金属箔，实现了人类科学史上第一次人工核反应，发现了质子的存在，从此之后，人们寻求更高能量粒子来作为“炮弹”、以求搞清原子内部复杂结构的决心一发不可收拾。

　　但在1928年之前，实验室中用于加速粒子的主要设备是变压器和整流器、冲击产生器、静电产生器、特斯拉线圈等，全都是高电压环境，对绝缘的要求特别苛刻。受绝缘材料所限，粒子产生的速度也非常有限，直到美国加州大学伯克利分校的物理副教授厄内斯特·劳伦斯读到维德罗的文章那一刻，这个问题才迎刃而解。劳氏后因发明能够大大提升粒子速度的回旋加速器而获得1939年诺贝尔物理奖，不过因为二战的缘故，这个奖一直推迟到1951年才颁发。在受奖演说中，他非常诚实地谈到了维德罗对自己的启发：

　　1929年初的一个晚上，我在大学图书馆浏览期刊时，无意中发现一本德文电气工程杂志上有篇维德罗的论文……他处理这个问题的一般方法，即在连成一条线的圆柱形电极上加一适当的无线电频率振荡电压，以使正离子得到多次加速。这一新思想……解答了我一直在寻找的加速正离子的技术问题。我没有更进一步阅读这篇文章，就停下来估算把质子加速到一百万电子伏的直线加速器一般特性该是怎样。简单计算表明，加速器的管路要好几米长，这样的长度在当时作为实验室之用过于庞大了。于是我就问自己：不用直线上那许多圆柱形电极，可不可以靠适当的磁场装置，只用两个电极，让正离子一次一次地来往于电极之间？再稍加分析，证明均匀磁场恰好有合适的特性，在磁场中转圈的离子，其角速度与能量无关。这样它们就可以以某一频率与一振荡电场共振，在适当的空心电极之间来回转圈。这个频率后来叫做“回旋频率”。

　　维德罗在1943年申请了一项“对撞存储环”专利，1945年又提交了一个完整的“同步加速器原理”专利，这个生前基本上默默无闻、本分地教书做实验的物理学家和发明家在身后被人誉为“对撞机之父”。他也许不会想到，自己当年已经伸手拉开了一场轰轰烈烈的粒子对撞大戏之序幕，只可惜，同时代的人们没有注意到他这个动作。

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