對於上帝粒子的觀測曾經是難倒國際物理界40多年的難題。
然而,這一目標在一位90歲的中國老科學家研發下實現。
以至於丁肇中每逢同行就自豪地誇耀這位老先生所在的上海硅酸鹽研究所。
他研製出全世界頂尖的大尺寸鍺酸鉍晶體材料,檔次遠高於美、日、法等國。
而在此高齡還能取得如此成就,也是世界上屈指可數的。
嚴東生是一位為救國而學習科學的科學家,在建國的感召下回歸祖國。
他在荒蕪中建設起我國材料科學事業,再推向世界首屈一指的地位。
90歲那年,他說他終於攀上了人生的科研巔峰。
1918年,嚴東生出生於上海的一個知識分子家庭裡。
父親是一位鐵路局的工程師。
母親畢業於杭州女子師範,是當時難得知書達理的婦女。
家庭不算富足,但也足以讓他和五個兄弟姐妹衣食無憂地成長。
然而在6歲時,父親突如其來的病故給這個家庭帶來了沉重的打擊。
幸好在幾位實業家和銀行家親戚的幫助下,一家人才得以平穩地度過生活。
家境的變故也讓“讀書改變命運”的觀念在嚴東生心裡根深蒂固。
於是在親戚的資助和自身努力下,嚴東生的學業也沒有耽誤。
他在17歲時考上了清華大學。
進入大學後,清華開放自由又嚴謹的學風讓嚴東生淺嘗治學之道。
也讓他明確了未來學業上進修的方向。
大一的通識教育不分專業,但他早已對化學系產生了濃厚的興趣。
而在大二根據成績選專業時,他拿著一份二十六分的考卷,茫然了。
依照嚴東生平時的水平不可能考這麼低分。
而要是真的考了這個分數,化學系也是沒希望進了。
心灰意冷的他只好懷抱最後的希望,找到老師核查成績。
結果發現,他的成績被登記錯了,應該是八十二分才對。
於是嚴東生順利進入了化學系。
而這個小插曲險些讓後來的材料學界損失一位巨匠。
但沒多久,恰逢抗日戰爭爆發,清華大學被迫南遷。
而嚴東生則陷入了兩難的困境。
一面是改變命運的學習機會,另一面是想留在北京照顧年老的母親。
然而,他在狹縫之中覓得了第三個選擇——跟隨張子高老師轉學到燕京大學化學系。
在本科畢業後,他繼續留校攻讀了碩士學位。
然而在戰亂年代,受影響的不僅是日常生活,高等教育也受到不小的阻滯。
1941年,太平洋戰爭爆發,這回連燕京大學也停辦了。
嚴東生的學業也就不得已停滯了下來。
戰亂迫使他輟學當了幾年的材料廠工程師。
之後他返回燕大,獲得了難得的赴美留學機會,在伊利諾伊大學攻讀完陶瓷學博士。
在局勢安定的美國,嚴東生的科研道路一帆風順。
但他的心裡始終牽掛著遙遠太平洋對岸的祖國。
在學習之餘,他和同校的華羅庚教授等人加入了中國科技工作者協會美國分會。
他們時常聚會探討中國的政局形勢。
而在新中國成立後,這群留學遊子的歸國之心更加蠢蠢欲動。
新中國成立之初,一切既是嶄新的,卻也是空白的。
在百廢俱興的緊迫時刻,需要的正是像嚴東生這樣的高學歷研發人才。
這個時候回國,對於自身的前途與財富或許都是一種犧牲。
但一顆飽含民族榮譽感的心卻無疑是充實和自豪的。
於是在1950年,他毅然決然辭去了伊利諾伊大學博士後的聘約。
他從美國歸來,投身到最需要他,也相當艱苦的崗位上。
回國後的四年間,他居無定所,哪裡需要他他就往哪裡調。
他先後擔任過化工研究所副所長、材料廠主任工程師、大學兼職教授等職位。
從全局觀念來說,他的目的都是為了建設起屬於中國的材料產業。
磨刀數十載,用在一時。
嚴東生多年來的學識積累終於到了實現當初“科學救國”遠大志向的時候。
他在無機材料領域的傑出成果涉及廣泛。
在高溫結構陶瓷、耐火材料、無機複合材料等方面都有頗深的造詣。
這對我國後來的飛機發動機、衛星姿態控制、洲際導彈等設計製造中發揮了極大的貢獻。
當時的工業發展突破點主要落在基礎研究。
而長久來說,對於產業整體的合理把控才是維持不斷髮展的基礎。
1954年,他被調到中科院上海冶金陶瓷研究所任研究員。
我國第一個耐火材料的生產、檢驗和測試標準就在他的主持下制定出來了。
他還直接參與制定了我國第一個12年科學技術長遠發展規劃的制定。
雖然已經處於戰略管理的領導地位,
但即便如此,年過半百的他仍沒有落下學術研究。
他被任命為中科院上海硅酸鹽研究所所長和中科院上海分院副院長後,撰寫了多篇稀土研究的學術論文。
此後,他還為研究所擬定了五大研究方向架構。
這個架構的科學性與合理性有目共睹,一直沿用至今。
1981年,嚴東生擔任了中科院的副院長。
基於早年在美留學的經歷,他一直與國外一些知名科學團隊有著密切的交流關係。
例如美國科學院、瑞典皇家科學院、日本學術振興會、德國馬普學會等機構。
這為當時我國輸送科研人員進行訪問學習提供了良好的機會。
他因此也被譽為“科學外交家”。
嚴東生十分重視對年輕學生的培養,他常常推引學生出國學習交流。
但他也時常囑咐他們,學成之後儘量都回國搞科研。
他在傳授科研知識的同時,也把赤誠的愛國情懷傳遞了下去。
因此他送出去的學生都按時回國,接力發展國內科研事業。
如施劍林、褚君浩等人回國後都成為了新一代的科學大家。
本以為在實驗室中奮鬥半生的嚴老先生這時就該安心隱居幕後。
但在2012年,一則轟動科學界的消息讓世人又看到了這位耄耋老人的身影。
歐洲核子研究中心宣佈,他們觀測到一種具有類似“上帝粒子”特性的粒子。
而探測器上用於捕捉的晶體材料,就是嚴東生與丁肇中團隊共同研發的。
希格斯玻色子是一種標準模型中的基本粒子。
通常認為希格斯色子塑造了世界上的所有粒子,因此它也被稱為“上帝粒子”。
也就是說,粒子只有通過希格斯場被賦予了質量和加速度,才能在宏觀世界體現出“質量”。
這樣才真實存在於人們能夠感受到的宏觀世界中。
倘若沒有這種粒子存在,宇宙將會是一片虛無。
獲得質量後的粒子在生活中已經通過掃描電鏡等儀器顯而易見。
然而要確定這股提供原始能量的希格斯粒子存在卻並不簡單。
對於希格斯粒子的觀測,在物理學界懸而未決40多年都未能實現。
1983年,獲得諾貝爾獎不久的丁肇中當時正在負責建造大型電子對撞機的探測器。
然而這可是個領域跨度非常大的重大工程。
當時已經有來自十多個國家的五百多位不同領域的科學家參與到項目中。
而其中需要使用到一種鍺酸鉍(BGO)晶體。
要獲得BGO並不困難,但他們的目標是要建造世界上最大的正負電子對撞機。
這就需要晶體尺寸長至30釐米、數量多達12000根,同時還有光學和閃爍性能良好等要求。
當時在全世界都沒有人曾做出如此苛刻條件的BGO。
於是,丁肇中找到了嚴東生,希望他能在5年內做出符合要求的BGO。
這項艱鉅的挑戰引發了全國許多著名研究所的研發鬥爭。
同時也瞬間激起了嚴東生澎湃的研發熱情。
他帶領團隊嘗試了各種方法,終於從改變晶體生長方向上找到了突破口。
最終,他們僅4年就悉數完成了研發任務。
這批材料無論在質量還是尺寸上,都遠優勝於其他國家的研究所出品。
在歐洲核子研究中心的探測器工程大會上,這項成就得到了全場來自世界各地科學家的認可與豔羨。
而丁肇中也自豪地稱:“誰要BGO晶體,就到中國科學院上海硅酸鹽研究所去!”
在這次成功合作的基礎上,上海硅酸鹽研究所在國際上享譽頗高。
數年之後,歐洲核子中心再次找到嚴東生。
這次他們想打造用來探尋上帝粒子的大型強子對撞機。
而對撞機的核心部件電磁量能器,則需要大量的新型鎢酸鉛(PWO)晶體來製造。
於是,2003年,這個任務又落在了久富盛譽的嚴東生團隊身上。
相對來說,PWO的晶體結構更為複雜,生長也很困難。
在各方面難度都增大的情況下,嚴東生時常親自到原料工廠中指導生產。
他對於研發工作親力親為,甚至能隨口說出晶體的測試數據。
5年之後,研究所再次在世界矚目下成功完成了任務。
約5000根高質量的PWO閃爍晶體被交付製作強子對撞機。
這直接讓後來對上帝粒子的探測成為現實。
嚴東生帶領的團隊也因此榮獲了歐洲核子中心頒發的CMS晶體獎,和國內許多發明專利獎。
而這一年,嚴東生已經90歲了。
嚴東生的科研事業不曾因為戰亂而落下,也沒有因為衰老而停止。
他本人也坦言,他最好的科研時光是從60開始的,直到90歲。
這種不服老的科研精神也極其令人敬佩。
直到2016年9月18日,嚴東生留給世人豐厚的科研財富後,與世長辭了。
嚴老作為主要開拓者和奠基人,為我國無機材料事業發揮了史詩級的先驅作用。
他的一生獲得了無數的頭銜與榮譽。
但這些都無法完全反映他對於我國材料事業的貢獻之大。
而值得肯定的是,正是學術與愛國融合形成的一股強大力量,支撐著他堅持一生的科研生涯。
黃海華. 追憶嚴東生院士|90歲還在研製捕捉“上帝粒子”的晶體[J]. 上觀新聞, 2016.
嚴東生:不要過於拔高院士[J]. 成都日報, 2012.
黃辛. 宏才大略 科學人生:追憶兩院院士嚴東生. 科學網, 2016.
Higgs boson. Wikipedia.
黃彥林. 鎢酸鉛晶體的發光性質和摻雜效應[D]. 2004.
閱讀更多 SME科技故事 的文章