罗伯特·威尔逊（Robert Wilson），这位世界最顶尖之一的粒子碰撞器的发明人从各个方面给实验室留下了深刻的烙印，从建筑的设计到加速器的能量。
威尔逊领导了费米实验室主楼威尔逊大楼的设计，他还设计建造了大楼左侧的AcquaAlleFuni。池塘倒映着岸边的景色，诠释了粒子物理中对称的重要观点。为了发现和研究宇宙中的微小粒子，物理学家需要一些地球上最庞大的仪器设备。这些仪器设备的名称繁多――加速器、粒子回旋加速器、粒子碰撞器、原子粉碎器――它们的设计和制造通常需要庞大的工程师团队。欧洲原子能研究组织建造的大型强子对撞机是目前地球上最大的机器，其长达17英里的轨道跨越了法国和瑞士的边界线。这台大型强子对撞机自从2009年完全投入运行，据说其产生的数据已经证明了找寻已久的基本粒子――希格斯玻色子――是存在的。
在大型强子对撞机问世之前，世界最大的粒子加速器位于芝加哥正西约40英里，在奥罗拉和内伯维尔以北的地方，占地6800亩，呈不规则的多边形，坐落在伊利诺伊州一片横跨杜佩奇县和凯恩县的农田上。美国国家粒子加速器实验室成立于1967年，1974年为了纪念恩里克·费米而改名，在其名称之后加上词缀，于是费米国家粒子加速器实验室被简称为费米实验室。最近参观费米实验室时，我非常幸运地结识了对费米实验室历史和文化有深刻见解的司机和向导。
费米实验室所在的地方曾属于维斯顿社区，四周到处是具有美国中西部特征的农田、农舍、土地、仓库，是很多家庭和牲畜的安居之所。1966年，维斯顿村民委员会投票决定，允许原子能委员会获得村庄及周围地区的土地，成立一所国家粒子加速器实验室。监管粒子加速器设计以及周边建筑设计的重任就落在了实验室的第一任主任罗伯特·瑞斯本·威尔逊的身上，他被称为是物理学家中的物理学家，他以集物理学家、雕刻家和牛仔于一身自诩。
罗伯特·瑞斯本·威尔逊于1914年出生于怀俄明州西南的弗兰蒂尔。弗兰蒂尔的名字（“frontier”的意思为边境）就表明此地周围的环境，直到今日，弗兰蒂尔也只是一个大约只有100口人的小地方。和其他出生于计算机时代之前的男孩一样，小罗伯特喜欢摆弄诸如水泵、真空管之类的仪器。不过直到在加州大学伯克利分校接受了本科和研究生教育之后，罗伯特真正转变为一名物理学家。在他的研究生阶段，他师从伯克利辐射实验室主任欧内斯特·劳伦斯（Ernest O.Lawrence），后者因发明粒子加速器而荣膺诺贝尔奖。二战期间，威尔逊是曼哈顿计划中的一员。之后，他成为了康奈尔大学核子实验室的主任，他请假在伊利诺伊州的大草原上创建费米实验室之时甚至还保留着这一职务。
罗伯特·威尔逊，摄于1979年
威尔逊被称为是多才多艺的人。1961年，他进入罗马的Belle Arti大学，认真系统地学习了雕塑。他的作品于康奈尔大学所在的纽约州伊萨卡展览，并被邀请为纽约的假日剧院创作雕塑。因此，作为费米实验室的主任，威尔逊将雕塑视为实验室景观和文化中不可或缺的一部分是意料之中的。
因为实验室的粒子加速器属于国家拥有的仪器，它的选址离美国东西部沿海各科学研究中心的距离一般远近；它也符合一项政治原则，即联邦的财富在地理上需要尽量分散。建造费米实验室需要很大的空间：建造大型原子粉碎器以及控制室需要大量场地，还有建造管理人员的办公场所，以及访问中心的博士、博士后和世界各地的科学家的居住之处。
等维斯顿地区和周围的农场的居民都被重新安置后，实验室本应清理旧的建筑，为新建筑铺平道路，但是精明、节俭、时刻关注预算的威尔逊并没有摧毁可以使用的建筑。他改换了农舍的用途，并在必要时将其迁移。费米村位于实验室东门内，村中都是实验室建筑前就有的低矮建筑，它们被改建成宿舍或是另作它用，其中的一间仓库成为威尔逊设计某些建筑的工作间。如今，村里的建筑被粉刷成湖蓝色、红色和橘黄色，这是在强调它们并非自然的一部分，而是添加上去的。自然的印迹遍布了整个实验室，大片的玉米地，一畦畦的黄豆，悉心保护的草原，池塘中栖息的天鹅，还有水牛群，都在告诉人们这片土地曾经的模样。
在研究粒子的路途上
在我抵达奥黑尔国际机场之后不久，一位司机在行李认领处迎接了我并带我前往费米实验室。我们沿着芝加哥乡间蜿蜒的州际高速公路和收费公路前行，在离目的地还有数英里之处，我们驶离了高速公路，并抵近沃伦韦尔。我们沿着一条狭窄而僻静的小路继续行驶，小路两旁是树木和人行道，还有低矮的房屋，这条小路将我们从小镇引向实验室的所在地。通过村庄之后，我们经过了一座人迹罕至的农庄和一片天然的草原。虽已是十月末，这里依然是一片生机勃勃的景象，迁徙的大雁途经此地，在短暂的休憩之后成群结队继续南飞。
直到发现新旧各异，别具一格的建筑群已经在正前方若隐若现时，我的思绪才被猛地拉回到关于科技的问题。这些实验楼中间还夹杂着典型的中西部样式的仓库，作为储藏室使用。
当我们离开小路，映入眼帘的是实验室的中心建筑：这座高大宏伟的建筑直入云霄。在车盘旋驶上高楼的途中，我看到了这座玻璃和混凝土建筑的各个侧面。开始时，从一边看过去，它只是个普通的矩形办公楼；之后从一个角落看，它的墙壁就像水电站的大坝一般斜入天空；从正面看，玻璃幕墙后透明的空间将一对巨大且前倾的拱壁隔开；而当我眯着眼看时，大楼就像是一架蓄势待发的宇宙飞船，承载着探索地球和宇宙的重任。对于罗伯特·威尔逊，大楼竖直方向的不成比例是为了仿造法国博韦的教堂。
尽管其建筑设计属于建筑师的任务，这座现在被命名为罗伯特·拉斯本·威尔逊大楼的主楼的设计者实际上是威尔逊本人。为了强调他对大楼的外观、感受和功能的重视，据说他曾将不合他意的建筑方案撕成碎片并踩在脚下。威尔逊希望大楼能容纳尽量多的实验人员，让人员间的交流沟通更加方便。他亲自乘直升飞机，确定能够充分利用实验室地基的大楼高度，结论是大楼高度可超过200英尺。为了节约成本，威尔逊规定裸露的混凝土结构表面无须覆墙，随机长宽的高质感板材构成了模架，将混凝土注入模架内，建筑结构形成不规则的倾斜的表面。这样做不仅没有使整个建筑看上去像半成品一样粗劣，恰恰相反，在落成将近半个世纪后的今天，大楼看上去依然华丽光鲜。
威尔逊曾经将他不满意的建筑方案撕成碎片并踩在脚下
费米实验室的主圈中是粒子加速器的光束线，在2011年使用寿命到期而退役之前，这架粒子加速器是世界上最高能量的粒子加速器。它带来了1995年顶夸克的发现，从而为关于物质组成的斯坦福模型提供了依据。
在威尔逊大楼中间高大的中间大厅两端的墙是玻璃构筑的，再加上屋顶由钢和玻璃构成，这使得大楼的光线非常充足。大厅的底端和连接东西的通道交汇处，提供了建造咖啡厅、图书室和画廊的空间，公共空间以及举办展览的空间。这些交汇处由后拉的混凝土横梁支撑，横梁放于轴承面上，可沿着轴承面滑动，根据太阳入射的角度不同以及阵风对大楼两端的压力调整位置。
威尔逊在实验室建设过程中的积极参与也反映了他的观念：物理学家能比专业人士设计出更好、更简洁、更便宜的东西。同时，他还是愿意为了节约成本和取得更大成功而冒险的人。在加速器主圈的问题上，他决定不将其架设在昂贵的桩上，而是直接放置在坚固的地表上。他的豪赌获得了回报。同时，威尔逊坚信管道大小不仅足以容纳磁铁以及其它必要的设备，同时还为后面的升级留下了空间（尽管从未正式规划过升级）。
坚持的力量
除了威尔逊大楼，威尔逊还直接参与了其他建筑的设计，其中著名的一座是梅森实验室，这座实验室实施了很多的实验，包括粒子散射和寻找夸克。为了方便更换和重新配置仪器，实验室内部空间的横向和纵向都不允许放柱子，还需要容纳一台桥式吊车。威尔逊想出了一个主意，他将普通的铁涵截面排列成拱状屋顶，这被证明是令人震撼的建筑方案，尤其是涵半截面室内一面在上方，另一面和实验室其他建筑一样被粉刷成蓝色加橘色的主题色。
在威尔逊大楼前面，与其轴线对齐的，是一个长长的用于倒映大楼的池塘，池塘旁矗立着一座32英尺高令人叹为观止的“双曲线方尖纪念碑”。它来自于威尔逊的铅笔素描，实验室的模型车间根据他的素描用合成树脂初步设计了模型。制造同设计尺寸相同的金属雕像需要将四分之一英寸厚的不锈钢板焊接在一起，但当威尔逊得知请专业的焊工需要20000美金时，他决心自己去做这件事。因为实验室的焊接工加入了工会，他们随时可能以罢工相威胁。为了避免这一点，威尔逊自己也加入了工会，并在实验室的机器车间向焊接高手学习焊接。学成之后，他在午休、下班以及周末都会忙于雕塑的制作。1978年1月开工，五月初就竣工了。从特定的角度和距离远眺雕塑时，会发现它正好将主楼两半之间的空隙填平了。
双曲线型纪念碑被正式命名为AcquaAlleFuni，翻译成意大利语是“水对绳子”的意思，实验室大部分工作人员也这么称呼它。它引用了16世纪用绳子将梵蒂冈纪念碑移至圣彼得大教堂的典故。工程师多梅尼克·丰塔纳（Domenico Fontana）的方案从众多方案中脱颖而出，他的方案是用很多绳子连接纪念碑和绞盘，用很多人和马同时拉动绞盘。当将纪念碑移至底座之时，为了工作人员能听清命令，多梅尼克要求围观的人群必须保持绝对安静，违反该规定的人会被处死。到了中午，纪念碑被提至与地面成45度，但就在这时，绳子开始被拉长，几乎就要从绞盘上滑下了。就在千钧一发之际，人群中的一位老水手大喊道“acquaallefuni,”他的意思是将绳子弄湿使其收缩，这样绳子可以继续工作而不滑落。虽然他违反了保持绝对安静的命令，但并未受到惩罚，因为正是他的违反命令挽救了危机。通过引用这个例子并将这座雕塑放在如此显眼的位置，威尔逊是想向实验室的工作人员传达这样一个信息：团结合作是必须的，但有时候打破规定的发言是有益的。
威尔逊将隧道上方的地面筑成坡台，飞机可以识别实验室。
双曲线的方尖纪念碑只是罗伯特·威尔逊为了美化费米实验室而修建的建筑群中的一座，主楼后方是拉姆齐礼堂，它对威尔逊大楼高而窄的中庭进行曲线的延伸，这和哥特式教堂中用唱诗班延伸教堂正殿的效果相仿。礼堂天花板和扶手用的木材都是来自从盗木贼处追缴的木材，这也表明了威尔逊讨厌浪费，将木材用在正当场合并赋予它们美好象征的观点。礼堂的屋顶上有一方圆形的池塘，池塘中间有一座莫比乌斯带形状的管状不锈钢雕塑。
另一座威尔逊设计的建筑既有美学功能，也有实际作用。我们沿着建筑的北轴前行，看见一排电线杆，上面架设着连接实验室主变电站和实验室北面联邦爱迪生公司的日用输电线。威尔逊设计的电线杆由三根涂刷成白色的钢管组成：两根长钢管指向上方，偏离垂直方向稍稍分开，另一根与其他两根的顶部相交，承载着高压电缆。据实验室的助理们说，每个发电塔都很像希腊字母π，至于这是否是威尔逊当初的想法，就不得而知了。
在威尔逊大楼高处的大厅中可以饱览这些建筑的外观以及它们的艺术特征，它们像带有密集的磁铁和导管的隧道以及加速粒子束并引入轨道的管道一样显而易见。实验室竣工之时，其主圈是世界上能量最高的同步质子加速器。威尔逊将隧道上方的地面筑成斜坡，这不仅是为了防护辐射，也是为了形成在高楼或飞机上可以辨识的标志，告诉人们这片多边形的草原上是费米实验室。但也不是所有人都赞同这座实验室的价值，在一次国会的听证会上，在被问及费米实验室的工作对国防有什么贡献时，威尔逊如是回答：它只与人们之间相互的尊重、人类的尊严以及我们对文化的热爱有关；它只与我们是不是优秀的画家、雕塑家、诗人有关，它和我们尊敬和热爱这个国家的一切相关，而与国防没有任何直接的关系。如果一定要说有关系，那就是我会努力使这座实验室值得保护。
被破坏的对称性（上面照片）是粒子物理中物质支配反物质过程的艺术化比喻；莫比乌斯带（下面照片）是告诉人们宇宙可能是有限但没有边界的，这和这座雕塑的设计者罗伯特·威尔逊一样。
实验室永恒的主题：对称性
我从东门进入实验室，傍晚我通过主门来到了实验室的西侧，此处与巴达维亚小镇接壤。沿着松木大道离开的时候，接待我的人和我路过了威尔逊设计的另一座雕塑，它有三只脚，呈拱形且很不对称的，名为被破坏的对称。它由三片弯曲带孔的拱状物组成，它们是由从沉没的航空母舰普林斯顿号上打捞的铁盘做成的。三片拱两两背对，并在大约50英尺高度处焊在一起。这座雕塑因为看上去完全不对称而闻名，为了进一步加强不对称性，拱状物相对的面还涂成蓝色和橘色。不了解它的访客往往会产生如下的问题：这座建筑物从哪个视角是对称的呢？其实这个问题并不难，工程师利用正射投影就可以给出答案。事实上，这座雕塑从两个角度是对称的：雕塑的正上方和顶点的正下方。
接待我的人和我晚上又回到了实验室，我们在用户中心享用了鸡尾酒，中心里面有一家叫利昂之家的餐厅。这家餐厅的菜单一成不变，实验室的人员以及外来的参观者对此也十分抓狂，晚餐和预想的几乎一样。利昂之家因利昂·雷德曼（Leon Lederman）而得名，利昂·雷德曼是费米实验室的第二任主任，是威尔逊的继任者。因为对政府为提升加速器能量的拨款数额大为不满，威尔逊于1978年辞去了实验室主任的职务。雷德曼因为发现了μ中微子分享了1988年的诺贝尔物理学奖――不过讽刺的是，相关工作并非是在费米实验室完成的，而是布鲁克海文国家实验室。
最初费米实验室主加速器的设计能量是200千兆电子伏特。但威尔逊有更远大的目标，这也是他在设计主加速器隧道时坚持给将来的扩建留出空间的原因。作为实验室主任，他特意地将巴达维亚作为实验室的官方地址，是因为周围只有巴达维亚的邮局可以将Box500送到实验室。500代表了威尔逊希望加速器的能量达到500GeV的目标，尽管当时加速器尚未完工。在1971年正式宣布新目标时，他已经在考虑通过改进将它的能量提升至1000GeV(1TeV)。1983年，这座达到1TeV的加速器于费米实验室完工，并被命名为Tevatron。
这么高的能量是通过使用超导磁铁实现的，这样不仅使碰撞的能量翻倍，而且使系统阻抗减小，节约了能量，这在能源危机笼罩下的70年代中叶尤其有说服力。在当时，费米实验室每年消耗的电力账单达1000万美金。节省一半用电的同时提升加速器的能量输出，至少对威尔逊这样的物理学家来说，这样的事情是势在必行的。然而，负责为实验室拨款的官方机构对此却并不感冒，也正是因为这件事，威尔逊递交了辞呈。
在第二天早上返回奥黑尔的途中，司机一直在和我谈费米实验室，以及大多数人对实验室工作的重要性并不了解。他认为实验室需要向公众宣传，使公众认识到费米实验室的工作为人类带来的福祉，比如质子放射治疗可以使恶性肿瘤萎缩。他毫不掩饰对科学家的崇拜，而且似乎后悔没有接受过能让自己也能成为科学家的教育。提到他八岁的儿子之时，他的语气温暖而柔和，他的儿子一直希望长大之后做一名警察，直到有一天在网上了解了无人驾驶飞机。他的儿子缠着他要买一架。但是他告诉儿子，应该从较便宜的小型遥控直升机开始学习。在威尔逊设计的另一座建筑――雷德曼科学中心内，周六早上有费米实验室主办的儿童科学项目，他的儿子是一名出色的候选人。雷德曼科学中心仿效了弗兰克·劳埃德·赖特（Frank Lloyd Wright）设计的低矮的，草原风格的建筑。
也许是为了证明费米实验室在威尔逊心目中的重要地位，同时也作为他对实验室的外观和内在影响之大的肯定，威尔逊被安葬于实验室小路旁的公墓。他的方角墓碑和开拓者们不规则的、腐朽的墓碑明显不同。老的墓碑由小石块堆支撑，在重力的作用下像威尔逊大楼那样倾斜。威尔逊的夫人也葬在此处，就陪伴在她丈夫的身旁。即便百年之后，威尔逊依然伴随着费米实验室――这个他亲手创办，魂牵梦萦的地方。
资料来源American Scientist
责任编辑 粒 灰
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本文作者：亨利·波卓斯基（Henry Petroski）美国杜克大学土木工程、历史学教授，特别擅长于事故分析，被《克科斯评论》（Kirkus Reviews）誉为“科技的桂冠诗人”,2006年荣获美国历史悠久且最富盛名的工程奖项之――华盛顿奖（WashingtonAward）。他曾在《美国科学家》杂志中，持续为大众撰写工程设计与文化研究的专栏，也为《纽约时代》杂志、《华盛顿邮报》、《华尔街日报》撰写一些非工程类文章。