記嚴東生院士：閃爍晶體之緣

　　“我并沒有為自己設計一生，但確實比較順。”嚴東生說，這種“幸運”背后有兩個因素，“一是有人關心我;第二，不辜負關心我的人對我的期望。”

　　嚴東生 1918年2月10日生于上海，祖籍浙江杭州，我國著名材料科學家。1935年考入清華大學，1941年畢業于燕京大學獲碩士學位，1949年在美國伊利諾伊大學獲陶瓷學博士學位，1950年回國。歷任中科院冶金陶瓷所研究員、室主任，上海硅酸鹽所副所長、所長，中科院副院長、黨組書記等職。我國無機材料科學技術的奠基人和開拓者之一。1980年當選為中國科學院院士，1994年當選為中國工程院首批院士。

　　常人眼里，尋找“上帝粒子”似乎是專屬于高能物理學家的探索之旅。然而真實的情況是，它同樣匯集了眾多其他領域科學家的智慧和心血。我國著名材料科學家、“兩院”院士嚴東生，就是其中一位。

　　2012年夏天，歐洲核子研究中心向全世界宣布，大型強子對撞機的CMS和ATLAS兩個對撞點的實驗顯示，他們發現了一種新粒子，其特性與被稱為“上帝粒子”的希格斯玻色子一致。

　　消息傳來，讓95歲的嚴東生一陣欣喜。于他而言，這一重大進展有著特殊的意義。大型強子對撞機CMS探測器上的閃爍晶體，是他率領團隊取得的科研結晶，也正是這種奇妙的晶體，“捕捉”到了“上帝粒子”的蹤跡。

　　嚴東生的一生未曾離開過材料科學研究。然而回望來路，令他最為難忘的往事，便是與閃爍晶體結下的這段神奇“緣分”。

　　丁肇中的“任務書”

　　故事還要從30年前嚴東生與諾貝爾物理學獎獲得者、著名高能實驗物理學家丁肇中的一次會面講起。

　　1982年的一天，丁肇中在北京找到了嚴東生。一見面，丁肇中就問：“你們能不能做閃爍晶體BGO?尺寸要很大很長。”

　　彼時的丁肇中，正在歐洲核子研究中心負責建造大型正負電子對撞機中的一個探測器，他計劃采用新型鍺酸鉍(BGO)做探測器中的核心部件——電磁量能器，以進行高能物理實驗研究。

　　丁肇中所領銜的是一項舉世矚目的科學大工程，吸引了來自十余個國家的五百多名科學家共同參與。他們希望借助對撞機能夠發現新的基本粒子和物質運動規律，而這一實驗中探測基本粒子的核心材料就是BGO晶體。

　　“這是一個新的問題、新的挑戰，但我愿意試一試。”嚴東生意識到，參與其中將具有重要的科學意義，于是當即應允。

　　然而丁肇中的要求近乎苛刻，他所要的BGO晶體必須是長度達30厘米的大尺寸、高質量閃爍晶體，此前國際上從未有人實現。另一方面，美國、法國和日本的科研機構同時參與了這個項目的競爭，“誰拿出最高質量的晶體，就把任務交給誰”。

　　“盡管當時上海硅酸鹽研究所BGO晶體的性能在國際評比中名列前茅，但畢竟還只是在實驗室里剛剛長出小尺寸晶體樣品，要生長這么多數量的大尺寸、高質量晶體，面臨的困難和風險是可想而知的。”嚴東生回憶，經過比較，硅酸鹽所研發的晶體在性能、價格方面占據優勢，最終拿到了這一國際項目的“任務書”。

　　然而緊接著擺在嚴東生面前的，卻是更為艱巨的挑戰：丁肇中要求硅酸鹽所必須在5年之內完成12000根BGO晶體的生產。

　　晶體生長的環境要求極為苛刻，每年數以噸計大批量生產大尺寸、高質量的閃爍晶體，被認為是一項“史無前例”的任務。

　　在激烈的競爭中，嚴東生率領團隊打出了一場漂亮的勝仗。1988年，他們提前一年完成了全部晶體的研制任務。與此同時，硅酸鹽所還開發出一套新的生長工藝，并建立了包括坩堝熔煉加工、晶體生長、晶體加工和晶體性能測試在內的生產流水線，鍛煉出一支能打硬仗的科技隊伍。

　　1985年，美國國家科學基金會對各國的BGO產品進行評比，上海硅酸鹽所的產品得到唯一的一個滿分。

　　完成BGO晶體任務后，嚴東生受邀前往歐洲核子研究中心參加探測器工程實驗組全體大會。一個小時的演講中，他全面介紹了上海硅酸鹽所研發BGO晶體的成就以及對工程所作的貢獻，會場掌聲陣陣，與會的國外科學家對中國的科技成就刮目相看。我國無機閃爍晶體的國際地位由此得以奠定。

　　嚴東生笑著回憶，那時的丁肇中逢人就說：“誰要BGO晶體，就到中國科學院上海硅酸鹽研究所去!”

　　不一樣的“中國制造”

　　丁肇中的這番話并非虛言。時隔數年之后，歐洲核子中心為了找到合適的晶體，再次邀請嚴東生出馬。

　　這一次的合作，源于人類科技史上具有里程碑意義的一項偉大計劃——大型強子對撞機(LHC)，它將被用來尋找被稱為“上帝粒子”的希格斯玻色子，揭示物質的“質量之源”，并由此探索宇宙起源的奧秘。

　　為了建造大型強子對撞機中的CMS探測器，需要數以萬計的新型鎢酸鉛(PWO)閃爍晶體來制造其中的“心臟”部件——電磁量能器。此前研制BGO晶體的成功合作經歷，讓歐洲核子中心再度寄望于上海硅酸鹽所。

　　“LHC是當代國際上備受關注的一項重大科學工程，能參與這個工程的建設，是我國躋身于國際科技前列的又一個極好機遇。”然而嚴東生深知，PWO是一種嶄新的閃爍晶體，人們當時對它的研究很少，更談不上大尺寸晶體生產的工藝技術。

　　在嚴東生的努力助推下，硅酸鹽所與歐洲核子中心CMS探測器組的PWO晶體研究合作得以開展，然而進展卻并不順利。出于政治原因，2000年，歐洲核子研究中心只與俄羅斯簽訂了供貨協議。

　　“我們沒有抱怨和放棄，而是埋頭苦干，不斷改進工藝，提高晶體質量。”嚴東生心中所想，只是希望我國的晶體材料科學保住在國際上的一席之地。

　　直到2003年底，歐洲核子研究中心與俄羅斯的合作出現麻煩，才請求與嚴東生團隊繼續合作，但需要他們在2008年3月底之前提供全部晶體。

　　“這種形勢下，我想到的是作為一個科學家的責任和使命。”嚴東生毫不猶豫地同意了對方的要求，親自領導PWO晶體課題組進行攻關。

　　PWO晶體的結晶結構復雜，生長困難且極易開裂，而用于生長晶體的原料極不穩定，會直接影響晶體質量。這一切都讓嚴東生放心不下。

　　盡管年事已高，但嚴東生堅持要親自跑去位于江蘇昆山的原料生產工廠，向工廠領導和工人師傅們強調項目的重要國際意義，還鉆進車間現場查看生產情況，分析引起原料質量不穩定的原因，共同討論應對方案。

　　2004年，預生產的350根晶體在歐洲核子中心、意大利、美國等地分別進行性能檢測。結果是，“Made In China(中國制造)”的PWO晶體發光量比俄羅斯生產的晶體高出20%～40%，綜合性能更優。

　　按照合同，上海硅酸鹽所將約5000根高質量的大尺寸PWO閃爍晶體成功按時交付歐洲核子研究中心。半年后的2008年9月20日，大型強子對撞機(LHC)正式運行，開啟了人類揭示宇宙起源的征程。

　　與此同時，處于LHC“心臟”部位的PWO閃爍晶體開始履行使命。閃爍晶體被光速運行的高能粒子轟擊，在幾納秒內迅速發光，又迅速消退以迎接下一個粒子的到來，由此不停捕捉、分辨著各種高能粒子，可謂“粒子神探”。

　　為了感謝中國科學家對LHC所作的重大貢獻，歐洲核子中心向上海硅酸鹽所頒發了CMS晶體獎。嚴東生未能親身前往瑞士參加頒獎儀式，通過視頻會議在上海發表獲獎感言的他，已是90歲高齡。

　　“最大的遺憾是沒有遺憾”

　　回望科學生涯，嚴東生說自己最好的時光是從60歲開始的：“1978年改革開放那一年，我60歲;2008年改革開放30年，我90歲。這30年是我事業最好的時候，身體也是最好的時候。”

　　晚年迎來事業高峰，這是一種遺憾，還是一種幸運?

　　“我很慶幸能夠貢獻自己的一切。”而要說有什么遺憾，嚴東生則笑言，“最大的遺憾是沒有遺憾”。

　　的確，嚴東生有著近乎完美的科學人生，他走過了一個科學家應當走過的最標準路徑。

　　1935考入清華大學，抗戰爆發后轉入燕京大學;1946年赴美留學，兩年內以全優的成績獲博士學位，并被授予4個榮譽學會“金鑰匙”;新中國成立后，為實現“矢志科學，許身報國”的心愿毅然回國，進入最權威的科學機構工作，并拿出了世界級的科研成果。

　　“我并沒有為自己設計一生，但確實比較順。”嚴東生說，這種“幸運”背后有兩個因素，“一是有人關心我;第二，不辜負關心我的人對我的期望。”

　　而每逢跟人談起過往成就，嚴東生更喜歡列舉出他人的種種貢獻，他常說：“榮譽歸功于和我一起工作的同志們。”