第二次世界大战之前,德国的电子物理学和电子技术力量已经很强。之后虽然有物理学家从纳粹德国出逃,但力量仍然很强,这部分是由于“量子力学之父”海森堡及其同事梅耶—莱布尼茨的影响。有一个地方特别保持着这个传统:汉堡的德意志同步加速器中心(DESY)。
DESY已成为欧洲唯一的国立高能物理实验室。它毫无疑问是世界水平的。以至在两年前,它甚至显然能与欧洲原子核研究委员会(CERN)并驾齐驱,后者是在日内瓦附近的欧洲大型联合高能实验室。DESY还有可能独立前进,为欧洲建造另一个大型仪器(27公里周长的大型电子—正电子对撞机LEP)。
DESY怎样经营而变得这样兴盛呢?这个实验室颇受益于它的领导者,他们善于在德国筹款;也受益于加速器的设计节约成本,更确切地说,是按照美国费米实验室Bob Wilson的传奇形式。这也不严格符合格廷根精神,而更加接近德意志的技术与良好的管理方法。DESY也很幸运。它是一个电子实验室,而电子物理学正好走上前台,因为电子现在被认为是基本的,而另一种常被加速的粒子质子则不同,它包括三个夸克。DESY着了魔似的奋发,而汉堡地方(它负担DESY预算的10%)与波恩的联邦政府把这块地方看作德国的一颗明珠。前主任Herwig Schopper教授在官场中很有一套,周旋于波恩与汉堡之间,他现在是CERN的主任。但他的接班人Volker Soergel教授大不相同,不爱出头露面,不过继承了Schopper的全套办法,特别是国际主义。
Soergel招揽到一项美国高能物理实验,这是在欧洲进行的规模最大的实验:设备值四百万美元,有30名美国物理学家将在DESY逗留三年对“底”夸克(在粲夸克之后出现)的相互作用作彻底的研究。据该小组的斯坦福大学发言人Elliot Bloom声称,DESY得到“巨大的支持”。Bloom希望能赶上或者压倒纽约康奈尔大学CESR装置上进行的世界上唯一能与之匹敌的“底”夸克研究工作。
Bloom用DORIS作为对撞机。DORIS是电子—正电子对撞机,在1974~1976年的那个粲粒子时代它使DESA一鸣惊人;但现在已经过彻底改造,因此应该对“底”夸克做原来DORIS(以及斯坦福的装置SPEAR)对粲夸克所做的事,虽然前者质量较大。
DESY另一个大型装置是PETRA。它与斯坦福的PEP同是世界上能量最高的电子—正电子对撞机。但两者都被物理学开了个玩笑:能量范围已证明大大超出,因此得不到什么可观的结果。然而,PETRA找到了胶子(夸克间力的光子)的证据,而且最近还证明了电磁相互作用与弱相互作用间的“干扰”——表明存在着中性中间矢量玻色子,后者是目前粒子物理学梦寐以求的神圣粒子。
DESY的另一项成就(与卡尔斯鲁厄合作)是仅仅在这个月才表明的,如在DESY所说的,它是“我们对LEP的一点小礼物”。这是一个超导加速器共振腔,它可以使激励电子加速器所需的电力大大减少(到十分之一),换句话说,对于同样的功率输入,提高了机器所能达到的能量。在CERN,LEP的电费单是最头疼的问题,因此,能工作的、廉价的而又可复现的超导共振腔的演示是向前跨了一大步。两星期前,一个卡尔斯鲁厄—DESY共振腔成功地将PETRA激励到了5 GeV。这种共振腔有些独特之点,并可以在工业上生产,但目前尚很昂贵:要将PETRA全部配备共振腔,得花五千万西德马克。DESY的人员估计,目前电费每年可节约二至三百万马克。然而在LEP,要节省得多,显然这设计正在接近实用。
DESY还在国外设法提高HERA的投资,HERA是DESY在九十年代的大项目(六亿马克)。(HERA将使30 GeV的电子与820 GeV的质子对撞,以探测轻子—夸克相互作用。它将使用超导偏转磁铁。如果由于某种原因LEP失败,则它可改装以产生中间矢量玻色子。)DESY的一位发言人最近声称,如果不说与政府,那与各地实验室主任的谈判进展很顺利,希望将国外对HERA的投资增加二亿马克左右。汉堡已经承担其10%(六千万马克),这样留给波恩筹措的只剩三亿四千万马克——比散裂中子源的第一期还便宜,后者是HERA在获得波恩资助方面可能的竞争对手。
更多的中子可能太贵了
中子散射是不是一种“大科学”?它要花费8亿5千万马克(约合2亿2千万英镑),这是西德所建议的散裂中子源(SNS)目前的标价。这个想法是:通过用脉冲中子束轰击铀靶而产生高通量中子,这种粒子很像X射线,可用以分析多种材料的结构与必威在线网站首页网址 特性。大体上说,比目前用“高通量”核反应堆所提供的高得多的通量可以如此地产生,以致散裂中子源目前被看作为这一领域的第二代粒子源,正像同步加速器在X射线工作中代替了X射线管一样。
然而散裂源并不便宜。只有国立高能物理实验室DESY所规划的电子—正电子对撞机HERA,是在目前提到科学研究部的主要投资项目中价格与SNS接近的,甚至更便宜些。但SNS比HERA能容纳的科学家团体要大得多,而且可以分两期建成。要买哪一个,HERA还是SNS呢?还是两者都有钱买?明年总应该作出决定。
目前,这两个有关的团体像在玩扑克牌似的。科学研究与技术部部长Andreasvon Biilow博士要他们假定政府将对两个项目都投资,但要将设备的建造期拖长,使年度净成本不致过高。但von Bulow没有说“过高”究竟指多少;所以这两个团体现在不仅互相竞争,而且与一个不确定的限额竞争,将他们的费用削减到最低限度。然而,有希望最近由政府许诺明年年中在经济方面进行重大的投资(以增加借款为代价),这样,这两个项目可能都得到资助。DESY几年前第一次得到投资以建造PETRA的情况也正是这样。
迄今唯一肯定的决策是,如果有基金,SNS将建造在科隆附近的于利希核中心。Hans—Heinrich Stiller教授是该项目的负责人。(早期参加该项目选址竞争的卡尔斯鲁厄被排除了。)
这个SNS将比世界上仅有的另一个类似装置即英国卢瑟福实验室正在建造的SNS更大(但投入工作要晚得多),后者将在1984年首次投入工作。德国的SNS即使很快得到批准,也不太可能在1991年之前完成;但建成后,它所产生的中子(峰值通量)在第一期为卢瑟福的SNS的3倍,而在第二期则为它的25倍。平均强度的相应数值为英国SNS的25倍与200倍,这也表明德国的技术该是如何精巧复杂。
英国与德国双方悬而未决的问题是在这两个项目方面可以建立多少合作。英国SNS所需的钱已经批准。
但复杂的仪表(分光计等)还需要大量现金,而中子源要成功,是非得配这些仪表不可的。(在这个领域中,格勒诺布尔的劳厄- 朗之万研究所的高通量反应堆之所以闻名,其原因可以追溯到该研究所及早而有力地抓仪表。)所以,如果德国方面能向英国SNS提供一些仪表,英国方面将会感到高兴。如果英国经济状况有所改善,则英国可能在九十年代也对德国的装置提供支持。关于这些问题,现已开始进行十分初步的讨论。但德国的大规模SNS很可能的命运是根本不建造,除非可以建立广泛得多的国际合作来予以支持。