威爾遜廳，費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)志性高層建筑。

撰文：吳金元（美國(guó)費(fèi)米國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室）

編輯|陳曉雪

知識(shí)分子，為了美好的知識(shí)生活I(lǐng)D：The-Intellectual

2017年是美國(guó)費(fèi)米國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室成立50周年。 50年來(lái)，實(shí)驗(yàn)室取得了輝煌的成就，這一切都離不開(kāi)首任實(shí)驗(yàn)室主任羅伯特·R·威爾遜和其他同事的杰出貢獻(xiàn)。時(shí)至今日，回顧科學(xué)先賢的實(shí)踐和思想，對(duì)我們的工作仍然具有寶貴的借鑒意義。

圖1：紀(jì)念費(fèi)米國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室成立50周年合影。圖中箭頭所標(biāo)作者立場(chǎng)（來(lái)源：www.fnal.gov）

羅伯特·威爾遜(Robert Wilson) 最著名的言論之一是1969 年4 月在回答國(guó)會(huì)議員的提問(wèn)時(shí)發(fā)表的。當(dāng)時(shí)，立法者擔(dān)心這個(gè)新實(shí)驗(yàn)室和獲得的新知識(shí)如何幫助國(guó)家安全。羅伯特·威爾遜回答說(shuō)，這是事關(guān)國(guó)家榮耀和愛(ài)國(guó)主義的長(zhǎng)期問(wèn)題。這種新知識(shí)不能直接保衛(wèi)國(guó)家，但可以“使其值得保衛(wèi)”[1]。

圖2:羅伯特·威爾遜（來(lái)源：www.fnal.gov）

這句看似不經(jīng)意的話，道出了國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和大型科學(xué)裝置的定位：它們不僅是科學(xué)研究所需的儀器設(shè)備，更是國(guó)家價(jià)值觀的體現(xiàn)。

費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室與科技研究在威爾遜和幾代科學(xué)家的領(lǐng)導(dǎo)下，費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室取得了許多令人矚目的成就。別的不說(shuō)，只說(shuō)構(gòu)成我們這個(gè)世界的12種基本粒子：6種夸克和6種輕子。費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)了b 夸克和t 夸克，以及輕子tau 中微子。這些發(fā)現(xiàn)極大地豐富了人們對(duì)世界的認(rèn)識(shí)。就我的經(jīng)歷來(lái)說(shuō)，剛進(jìn)入高能物理的時(shí)候，人們對(duì)t夸克還真是說(shuō)不出來(lái)。這是因?yàn)楫?dāng)時(shí)人們還沒(méi)有探測(cè)到它，對(duì)它的質(zhì)量、壽命、衰變模式等知之甚少。這一知識(shí)在1995年費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)了第六個(gè)也是最后一個(gè)夸克——t夸克后才得到了證實(shí)，實(shí)屬罕見(jiàn)。在科學(xué)史上，科學(xué)知識(shí)的積累速度如此之快，時(shí)間跨度短至幾十年。

粒子物理學(xué)的發(fā)現(xiàn)不是通過(guò)每天推導(dǎo)量子力學(xué)公式而取得的，而是通過(guò)精確的實(shí)驗(yàn)取得的。實(shí)驗(yàn)中使用的設(shè)備，無(wú)論是產(chǎn)生新粒子的加速器，還是檢測(cè)新粒子衰變產(chǎn)物的探測(cè)器，都需要投入大量的人力、物力進(jìn)行研發(fā)。通過(guò)這種研發(fā)工作，我們可以獲得很多“副產(chǎn)品”，即超導(dǎo)、射頻、探測(cè)器材料與結(jié)構(gòu)、電子、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域的新技術(shù)、新知識(shí)。新技術(shù)、新知識(shí)逐步應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療檢測(cè)和治療技術(shù)等領(lǐng)域，造福社會(huì)。

費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室與人文藝術(shù)與環(huán)境毫無(wú)疑問(wèn)，科技研發(fā)成果是一個(gè)實(shí)驗(yàn)室存在的最終價(jià)值。但威爾遜并不滿足于此。他為實(shí)驗(yàn)室注入了許多人文、藝術(shù)和環(huán)境元素。整個(gè)實(shí)驗(yàn)室建得像一個(gè)公園，公園里甚至開(kāi)辟了一片牧場(chǎng)，飼養(yǎng)了一群美洲野牛（美洲野牛，Bison bison）。這個(gè)種群不斷繁衍并與其他種群交換，一直飼養(yǎng)到今天。

圖3：美洲野牛（來(lái)源：www.fnal.gov）

實(shí)驗(yàn)室里有很多威爾遜自己設(shè)計(jì)制作的雕塑。一位老同事回憶[2]，曾經(jīng)有一個(gè)暑期實(shí)習(xí)生，晚上去車(chē)間加班。當(dāng)他看到一個(gè)人在那里焊接時(shí)，他打招呼：“你在做什么？”威爾遜回答道：“我正在外面的水池里焊接一個(gè)雕塑?！睂W(xué)生沒(méi)想到這個(gè)人是實(shí)驗(yàn)室的主任。他還說(shuō)：“天哪，他們真能給你找工作，讓你在這里浪費(fèi)時(shí)間?！?

圖4：費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室校園內(nèi)的威爾遜雕塑《莫比烏斯環(huán)》。 （作者拍攝）

據(jù)記載，威爾遜曾利用業(yè)余時(shí)間制作了多座金屬雕塑，至今仍矗立在費(fèi)米國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室校園內(nèi)，成為實(shí)驗(yàn)室的風(fēng)景。

費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室與公共科學(xué)教育費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室多年來(lái)形成了重視公共科學(xué)教育的傳統(tǒng)。 2017年9月23日，作為50周年慶祝系列活動(dòng)之一，費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室舉辦了盛大的開(kāi)放日活動(dòng)。該實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放了許多科研設(shè)施供公眾參觀，并租用了數(shù)十輛校車(chē)運(yùn)送了10,000名參觀者（本次活動(dòng)登記了20,000名參觀者，但由于當(dāng)天天氣異常炎熱，實(shí)際到達(dá)了10,000名參觀者。作者是也是一千多名志愿者之一）。

圖5：費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室50周年系列開(kāi)放日活動(dòng)前，數(shù)十輛校車(chē)等待接客（作者拍攝）

除了這種大規(guī)模的開(kāi)放日，費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室還經(jīng)常舉辦各種科普活動(dòng)。事實(shí)上，公眾每年365 天每天都可以免費(fèi)參觀實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放區(qū)域。每周三，或者提前預(yù)約的團(tuán)體，還可以參加由專(zhuān)業(yè)導(dǎo)游帶領(lǐng)的深度游覽。此外，實(shí)驗(yàn)室還經(jīng)常舉辦各種科普教育講座。

這種公眾科普教育對(duì)社會(huì)的貢獻(xiàn)是漸進(jìn)的。人們或許無(wú)法完全理解科學(xué)研究本身的內(nèi)容，但科學(xué)精神、科學(xué)思維方式會(huì)潛移默化地影響著人們。在精神層面，人們因了解大型科學(xué)裝置而獲得的自豪感、自信感和認(rèn)同感也深刻影響著人們的精神面貌。我自己也接觸過(guò)很多公眾來(lái)訪者，我能很直接地感受到人們精神上所體現(xiàn)的幸福和健康。我觀察到的一個(gè)有趣的現(xiàn)象是，當(dāng)人們談?wù)摽蒲泄ぷ骱涂茖W(xué)設(shè)備時(shí)，喜歡使用“我們”、“我們的”等代詞。他們很少使用“他們”，幾乎從不使用“你”。

在這里我想指出的是，參觀者中，不少成年人對(duì)科學(xué)保持著濃厚的興趣和好奇心。在我接觸過(guò)的華人群體中，大家都非常重視兒童的科學(xué)教育。他們可以開(kāi)長(zhǎng)途車(chē)，辛苦地供孩子參觀或聽(tīng)講座，但父母自己卻往往對(duì)科學(xué)缺乏興趣。這是一個(gè)應(yīng)該認(rèn)真對(duì)待的差距。希望至少?gòu)摹吨R(shí)分子》的作者和讀者開(kāi)始，大家都能保持對(duì)科學(xué)的興趣，《知識(shí)分子》也會(huì)有更多適合成年人的科普作品。

與許多人的印象相反，公眾實(shí)際上非常支持完全依靠納稅人的錢(qián)建造和運(yùn)營(yíng)的科研設(shè)施。在我接觸過(guò)的參觀者中，我從未聽(tīng)到任何負(fù)面評(píng)論，也沒(méi)有人抱怨過(guò)：我們還有那么多窮人，花那么多納稅人的錢(qián)做的事有什么用？科研機(jī)構(gòu)與公眾能夠形成如此良好的互動(dòng)，離不開(kāi)很多人的努力。這一過(guò)程的經(jīng)驗(yàn)值得認(rèn)真學(xué)習(xí)和借鑒。

費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室和中小學(xué)生科學(xué)教育實(shí)驗(yàn)室也非常重視中小學(xué)生的科學(xué)教育。特別值得介紹的是附近的一所數(shù)理高中。這所學(xué)校由實(shí)驗(yàn)室第二任主任、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Leon M. Lederman和伊利諾伊州政府相關(guān)機(jī)構(gòu)共同創(chuàng)辦，稱(chēng)為伊利諾伊州數(shù)學(xué)與科學(xué)學(xué)院（IMSA）[3]。學(xué)校提供10 至12 年級(jí)的高中課程，并從全州選拔學(xué)生。筆者的女兒也是該校的畢業(yè)生。萊昂·萊德曼(Leon Lederman) 已在學(xué)校居住很長(zhǎng)時(shí)間。除了參加各種活動(dòng)外，學(xué)生們經(jīng)常有機(jī)會(huì)與他交談、共進(jìn)午餐，直接體驗(yàn)科學(xué)家的思維方式。

圖6：Leon Redman（來(lái)源：www.fnal.gov）

IMSA最重要的特色之一就是其學(xué)習(xí)課程，通常由11、12年級(jí)的學(xué)生參加。每周三，學(xué)校安排車(chē)輛接送學(xué)生前往芝加哥附近的多個(gè)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室或大學(xué)。在學(xué)年期間，學(xué)生們前往這些科研機(jī)構(gòu)，每周在導(dǎo)師的指導(dǎo)下工作一天，以獲得第一手的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)?？蒲薪?jīng)歷。能夠引導(dǎo)和安排準(zhǔn)備知識(shí)明顯缺乏的高中生有效參與科研工作并取得小而有用的成果，對(duì)導(dǎo)師來(lái)說(shuō)也是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室每年都會(huì)接收很多學(xué)生，也培養(yǎng)一批導(dǎo)師，筆者就是其中之一。為了帶領(lǐng)好學(xué)生，導(dǎo)師必須充滿愛(ài)心、耐心和細(xì)心，但僅靠這一點(diǎn)是不夠的。還要有科學(xué)的方法，把帶學(xué)生當(dāng)作科研項(xiàng)目來(lái)對(duì)待，隨時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題。到目前為止，作者已教過(guò)十多名學(xué)生，最早的學(xué)生如今已成為所在工作領(lǐng)域的杰出人才。

費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室與國(guó)際合作費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)研究工作通常與國(guó)際科研機(jī)構(gòu)和大學(xué)合作進(jìn)行。這種合作可以有效整合國(guó)際上該領(lǐng)域的智力和財(cái)力資源，以實(shí)現(xiàn)單一機(jī)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。冷戰(zhàn)期間，該實(shí)驗(yàn)室自1972年起就與蘇聯(lián)科研機(jī)構(gòu)合作，這次合作尤其引人注目。作為一個(gè)科研單位，同時(shí)又發(fā)揮著緩和國(guó)家關(guān)系的作用，這種貢獻(xiàn)是獨(dú)一無(wú)二的、不可替代的。

現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室的餐廳里有一張彩繪餐桌，這是這次合作的證明。

圖4：費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室餐廳的彩繪餐桌（作者拍攝）

這張餐桌是一位早期曾在該實(shí)驗(yàn)室工作的蘇聯(lián)科學(xué)家贈(zèng)送的禮物[4]。上面畫(huà)著七個(gè)俄羅斯風(fēng)格的娃娃。曾經(jīng)聽(tīng)實(shí)驗(yàn)室里的講解員介紹，這七個(gè)娃娃象征著最早來(lái)參加合作工作的七位蘇聯(lián)科學(xué)家的妻子。雖然這個(gè)說(shuō)法暫時(shí)無(wú)法驗(yàn)證，但確實(shí)是一個(gè)好故事。

回顧科學(xué)界前輩對(duì)大型科研裝備的定位，對(duì)我們來(lái)說(shuō)具有很大的參考價(jià)值。中國(guó)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施方面取得了巨大成就，為建設(shè)更多大型科學(xué)設(shè)施提供了可能。大型科學(xué)裝置除了科學(xué)探索的功能外，還讓國(guó)家變得更美好、更有價(jià)值。大型科學(xué)裝置還具有技術(shù)研發(fā)平臺(tái)、公共科普教育平臺(tái)、國(guó)際交流平臺(tái)等多重功能。因此，在決策過(guò)程中，更廣泛地了解大型科學(xué)裝置的好處，將有助于推動(dòng)其發(fā)揮更大的社會(huì)作用。對(duì)于已建成并投入運(yùn)行的大型科學(xué)裝置，我們既要重視其科學(xué)目標(biāo)，又要重視其其他功能，更好地服務(wù)社會(huì)。

參考：

[1]https://history.fnal.gov/testimony.html

[2]費(fèi)米新聞，2000年1月28日（Online: https://www.fnal.gov/pub/ferminews/Ferminews00-01-28.pdf）

[3]https://www.imsa.edu/extensionprograms/greatminds/Dr_Lederman

[4]https://history.fnal.gov/visitors.html#festival

制版編輯：徐毅

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