机遇与合作：北京谱仪τ轻子质量精确测量实验的筹备与立项

尹晓冬 王 成

(1.首都师范大学物理系，北京 100048； 2.北京师范大学实验二龙路中学，北京 100032)

表1 1982年前mτ测量值[7]

在“τ问题”引起广泛关注、轻子普适性面临严重危机的理论背景下，1988年建成的北京正负电子对撞机(以下简称“BEPC”)、北京谱仪(以下简称“BES”)正处于研究的合适时机——能区吻合(2—5GeV)、性能达标，正是进行τ质量测量的绝佳平台。中国科学院高能物理研究所(以下简称“高能所”)的BES合作组开始关注τ轻子质量的精确测量并着手进行准备。1991年10月到1992年1月在BEPC/BES上进行的τ轻子质量精确测量取得了高精度的mτ结果，有效改善了实验测量造成的轻子普适性偏差，得到了国内外学者的高度评价和赞誉，实现了邓小平提出的“中国必须在世界高科技领域占有一席之地”要求与目标。本文根据档案、当事人访谈，以国际高能物理发展、合作与交流为背景，梳理了τ轻子质量精确测量实验从确定课题到进行全面准备，最后立项和部署工作的历史过程。以此展现起步时期北京正负电子对撞机/北京谱仪这项大科学装置开展研究的历史状况，反映了国内外高能物理研究的发展，从而阐明τ质量测量这项突破性的科学研究是北京谱仪的历史机遇。

1 τ轻子质量测量课题的确立

早在1980年，国家曾计划建设高能物理实验基地(预计1987年建成，代号称“八七工程”)，但由于调整国民经济计划而下马，随后国家对建造加速器问题组织论证。当时，李政道、吴健雄、袁家骝三位科学家认为在τ-粲这个领域可做一些重要物理内容。因此认为建造2.2—2.8GeV的电子对撞机比较合适。此前，美国斯坦福直线加速器中心主任潘诺夫斯基(Wolfgang K.H.Panofsky，1919—2007)也曾与李政道商讨并建议同样的方案。随后又经多次会议讨论与论证，国内多数高能物理学家认为，建造一台2×2.2GeV的正负电子对撞机，不仅可以使我国高能物理的研究进入世界前沿，而且还可以利用电子储存环产生的同步辐射开展生物、化学、医学、材料科学、固体物理等方面的研究工作，直接为其他学科和国民经济服务[8]。因此，电子对撞机的建造初衷就已经设定了τ-粲物理的研究。而具体到关于研究τ粒子的质量测量，则是高能所内部最早提出的。

1.1 早期提出进行τ质量测量

作为BEPC/BES建设的主要目的之一，BES对有关τ物理研究的规划在对撞机建成之初就已开始。1988年高能所即组织了多次讨论会就北京谱仪未来的物理工作进行研讨(封二图1[10])，根据讨论结果设立了五个课题组：τ轻子物理组、J/ψ辐射衰变组、J/ψ强衰变组、D和Ds介子物理组及辐射修正组[9]，同时组织安排实验、理论人员对可能的课题开展调研。

同年在高能所内已经出现了进行τ质量测量实验的声音，高能所一室曾赴美进行过τ课题研究的研究员漆纳丁回忆：“1988年秋，笔者(漆纳丁)总结出了τ子质量测量是一个选择并且可能是最佳选择，mτ已经十年无人测量了，进一步的研究可以得出‘过去的测量值有可能不够可靠’的印象……1988年底笔者(漆纳丁)在BES组内提出τ子质量应当被优先列入实验安排，这是BES组内τ子质量测量实验的第一次被提出。”[11]

高能所还组织了一些关心、了解国际τ物理研究动态的同事分享交流意见，并逐渐取得共识“认为这对BES是一个好机会，尽快在BES上开展τ轻子质量测量实验”[12]。

1988年底，BEPC注入器累计进行了3次总调，运行时间5760小时，逐步转入正常运行。1989年3月，时值BES推入对撞点开始联合试验前，在京召开了“粲粒子和τ轻子物理座谈会”就即将开始的运行进行讨论。会上副所长郑志鹏和黄涛研究员分别对BEPC/BES状况、离线分析的准备情况以及目前规划的研究方向进行陈述。与会学者较为一致地认为，处于磨合期的BEPC第一年的试运行能量应选在学界已有一定数据积累的J/ψ上，以利于调试设备和积累经验[13，14]。

在确定了试运行能量后，大会开始报告有关J/ψ之后的运行意见，漆纳丁陈述了开展τ轻子物理实验的必要性及他对实验的考虑和设想。首先强调了τ轻子实验在对标准模型检验方面的特殊意义，“τ轻子为精确测量标准模型的基本组成成分的性质及相关的各种参数；在较高精度的情况下通过观测探索由标准模型无法包括的新现象提供了一个重要的‘实验室’”。

漆纳丁在会上特别提到CERN(欧洲核子研究中心)的贾斯珀·柯克比(J.Kirkby)在《在欧洲核子研究中心建造τ-c工厂》(1)J.Kirkby，“A Tau-Charm Factory at CERN”, CERN EP/87- 210.一文中提议建造一台质心质量为3—5GeV的电子对撞机，进行τ轻子和粲夸克研究，力图“追上并超过北京对撞机”。这项情报一方面印证了在3—5GeV能区进行的τ轻子实验具有极高的价值，另一方面也给BEPC尽早尽快开展研究拉响警报。

对于具体开展哪些研究，漆纳丁认为除受BES分辨率限制不宜进行的τ轻子寿命外，开展τ轻子质量、ντ质量、τ衰变分支比、τ反常衰变道等研究都是可以的。尤其“测量τ轻子质量是BEPC优势”，在τ质量测量中，若采取在3.5—5.6GeV能量上分若干点，对τ事例在3π±一侧的能量进行公式拟合的方式，将能“争取在这个题目上为世界做出贡献”。这也是适合“初出茅庐”的BEPC/BES的研究战略，通过进行“重复前人实验但精度超越前人”的实验，可以“尽快在Regular Physics中取得成果”，“使自己建立信心，在别人心中建立信用，再争取在Big Physics上取得突破”(2)参见：中国科学院高能物理研究所科技档案，2003.3.14- 1055- 6- 1。，故建议将τ质量测量实验提上日程。

1.2 国际学界对τ质量测量的研究动态与关注

随着我国成功建造对撞机的消息传遍海内外，国际上开始对BEPC/BES研究情况给予关注。1989年5月，郑志鹏和漆纳丁前往日本参加“KEK(日本高能加速器研究机构)正负电子对撞物理国际会议”，代表新建成的BEPC/BES登台亮相并做设备陈述。报告中对目前国际上已经进行的τ物理研究分析认为，虽然同能区MARKIII(美国)、DM2(法国)等实验组解决了部分的物理问题，但“仍有许多有待BEPC和BES解决的问题或矛盾”。特别是1986年DELCO给出的τ三叉衰变分支比(3)可衰变的基本粒子在衰变时有确定的衰变分支比，这是基本粒子的基本属性之一，它直接反映该粒子所参与的相互作用性质以及这粒子和其他粒子之间的联系。τ子衰变中，弱中间玻色子演变成其他粒子，演变成一个、三个、五个或七个荷电粒子的过程，称为单叉、三叉、五叉或七叉衰变过程，某一种衰变方式所占的比率即衰变分支比。与世界均值差异悬殊，让中国研究者产生了“DELCO文章中给出的主流的τ质量测量值可能不准”的怀疑。而此时具备能量、束流优势的BEPC则“在τ质量测量上具有无可比拟的条件”，BES也将“有机会解决这些问题”[15]。这是BES成员首次在国际上质疑DELCO的τ质量数据以及表达希望贡献正确值的声音。

面对国际上紧迫的τ质量测量形势，BEPC/BES创建者之一、时任高能所科技委副主任的叶铭汉研究员十分支持该项研究[12]，希望争取尽早开展工作。1989年8月，叶铭汉和郑志鹏一同前往美国出席了当年的轻子光子国际会议，共同报告了BEPC的状态和研究计划，并正式公布了BEPC/BES进行τ物理实验的安排和预期，计划安排包含6项内容，其中第4项就是计划在3.57GeV能量范围内至少获取105个τ轻子事例[16]。

而此时，会上传来消息，KEK的研究人员根据2×30GeV正负电子对撞机TRISTAN上的结果，结合PEP、PETRA(4)Positron-Electron Project，是位于美国斯坦福直线加速器中心的一台正负电子对撞机。Positron-Electron Tandem Ring Accelerator，是位于德国电子同步加速器中心的一台正负电子串联环加速器。得到的轴矢量耦合比值仍与轻子普适性描述的存在差距，这说明检验轻子普适性仍是一个棘手的问题，τ相关参数的研究仍十分迫切。

1990年1月BEPC/BES正式运行，开始按原定计划进行J/ψ取数(封二图2(5)图片摘自中国科学院高能物理研究所建所40周年图片集。)，并在6月前取得了初步结果[14]。8月郑志鹏出席于新加坡举行的第二十五届国际高能物理会议，这是中国代表第一次在国际高能物理全体会议上报告自己的物理工作，也正式向国际高能物理界宣告BEPC/BES的研究工作开始进入正轨并已产出成果。在场包括J粒子发现者丁肇中、ψ粒子发现者伯顿·里克特(Burton Richter，1931—)等专家纷纷向BES取数情况及J/ψ初步成果表示祝贺，高能领域开始热切关注中国高能物理的发展并盼望有新的成果[17，18]。对此郑志鹏在报告结尾宣布：“在明年底收集一千万到两千万J/ψ事例后，BEPC束流能量将转移到其他课题能量。BES预期将开展一些J/ψ衰变、τ-粲物理研究，预期不久将能在包括‘τ质量和τ中微子质量测量’等在内的11个课题中做出显著的贡献。”[19]

1.3 高能所对τ质量测量方案预估及方案

随着国际学界对τ轻子物理关注的升温，1990年9月在法国奥尔赛召开了第一届“τ轻子物理讨论会”，邀请国际上多个实验室负责人和研究员就τ轻子研究进行讨论，这对BES开展τ实验是一个重要的交流机会，高能所派漆纳丁前往参加。

此次会议上，漆纳丁提出，在BEPC/BES已达预期参数并取得一定物理成果(即J/ψ研究)的基础上，可以考虑开始进行τ轻子实验。首先，相较其他同类加速器和探测器BEPC/BES开展τ物理研究具备优势：(1)BEPC具备本能区最高的亮度，而BES则能在较短周期内积累大量统计数据；(2)所有的非τ本底都可以通过τ对阈值下取数进行内部校准；(3)τ对双/单标记技术能够支持无偏研究的优势。相应地，具体方案可以选择包含近阈在内的三个能量点来进行τ轻子实验(表2)，即分别在3.57、3.68、4.2Gev上展开：

表2 漆纳丁给出的BEPC/BES开展τ实验选取能量点[20]

而由于τ质量测量对τ中微子质量测量、纠正τ理论寿命都有重要影响，又是其中极其重要的课题，此处，漆纳丁给出了两种可能的τ质量测量方案：一是传统的“大能量范围扫描”法，二是采取“产生阈扫描逼近”法，并对效果进行了预估[20]。两种方案受到了与会学者的高度关注。

值得注意的是，τ轻子的发现者马丁·佩尔(Martin Lewis Perl，1927—2014)在得知中国物理学家提出精确测量τ轻子质量的实验设想并有初步方案后，现场与报告人进行了深入交谈并表示将给予推动和支持[21]。

漆纳丁回国后，随即在10月的“全国粲粒子物理讨论会”上再次就进行τ质量测量的必要性和研究策略进行了说明。判断BEPC/BES科研人员已经于“加速器、探测器设备的制造、调试、把握上具有一席之地”，当下正是需要BES做出“具有‘领先水平’的物理成果”的时候，而mτ的测量则恰恰是突破口之一”。

1.4 国内及美国的支持——BES国际化

除了国内外各项会议上对τ质量测量的积极讨论外，BEPC/BES上开展研究的进程也得到了国内外各方的关注和支持。

国内方面，自对撞机建成之初周光召就提出：“高能所要着手研究如何从工程建造体制向运行过渡，研究逐步转向开放的国家实验室，吸引全国的科学家来工作，使加速器的使用效率得到更好的发挥。”[22]1991年9月国家计委正式批准成立北京正负电子对撞机国家实验室并由专家组成立学术委员会[23]。为扩大力量，广泛研究，1989年高能所成立了北京谱仪合作组(BES合作组)，先后有十余所国内高校和研究机构加入其中，壮大了BES开展高能物理研究的队伍。

国际方面，《中美两国高能物理领域合作协议》保证了北京正负电子对撞机的成功，也保证了后续BES在τ轻子物理方面研究的成功。1979年1月，邓小平率中国政府代表团访美期间，与美国签订了“在高能物理领域进行合作的执行协议”，并成立了“中美高能物理合作联合委员会”，由中国科技部主管部门与美国能源部及所属五个国家实验室共同组成，每年开一次会，制定落实和检查每年的合作计划，轮流在两国举行。同年6月，中美高能物理联合委员会第一次在北京召开。中美高能物理联合委员会的成立无论是在培养我国高能物理和高能加速器建设人才方面，还是引进先进技术与仪器设备方面，都发挥了重要作用[24]。

中美两国学者积极接触，由李政道与潘诺夫斯基率先提出了BES国际化，倡议将北京谱仪的合作扩展到世界范围。对撞机建成不久后，李政道在与郑志鹏的一次碰面中提议：“我与潘诺夫斯基商量过，建议让一些感兴趣的美国科学家参加BES合作，你认为怎么样？”当时郑志鹏正负责北京谱仪，此前在与周光召和所内同事交流中也达成共识，认为美方的参与将促进BES物理成果获得，于是马上答应“非常欢迎!”[25]

1990年中美高能物理会议上首先对BES国际合作组成立做出决议，1991年5月“BES国际合作实验组”正式成立，沃尔特·托基(W.Toki，科罗拉州州立大学)为合作组美方发言人。在高能所领导与国际学者共同努力下，包括斯坦福直线加速器中心(SLAC)等九所院校加入合作组，直接参与到BES的讨论和工作中。国家实验室的成立与BES国际合作组的组建为进行τ物理研究提供了更丰富的资源和更广袤的平台。

得益于此，1991年6月起合作组内先后有劳伦斯·琼斯(L.Jones，加州理工学院)、沃尔特·托基、弗兰克·波特(F.Porter，加州理工学院)等美国学者来高能所调研交流，此外还通过报告或电话会议的形式在组内进行有关τ质量测量课题的讨论。6月4日琼斯在京报告了有关寻找τ质量准确值的初步设想(6)参见：中国科学院高能物理研究所科技档案，2003.3.14- 1055- 7- 2。。7月26日，波特从美国发邮件详细阐述对τ质量精准测量的考虑，并就如何进行包括1—2周的机器调试和4—8周的实际测量的具体计划进行了说明(7)参见：中国科学院高能物理研究所科技档案，2003.3.14- 1055- 7- 1。。在充分沟通后，美方研究人员表示同意和支持开展τ质量测量，并且给测量方案提出了细化意见。

这期间美国研究者的加入对开展τ质量测量起到了重要作用。一方面美国学者对中方初期的实验策略和方案提出了一些设想和意见，对一些研究细节做出了有益的评判，丰富了中方的研究思路。另一方面，当时合作组内成员对BEPC/BES下半年的物理计划和运行能量有较大的分歧(8)参见：中国科学院高能物理研究所科技档案，2003.3.14- 1055- 1- 2。，这部分学者的意见对于开展τ课题研究是一个有利的支持，如前文提到的美国学者托基在6月给郁忠强的邮件中所说“我希望这项开展τ实验的建议是一个好的选择，也希望IHEP(高能所)的研究者们看到它的合理性”(9)参见：中国科学院高能物理研究所科技档案，2003.3.14- 1055- 7- 2- 1。。

1991年上半年国际上传来消息：LEP上的三个实验组对Z0衰变宽度的直接测量结果相继公布，学界关于τ寿命过长问题的讨论再次聚焦在轻子普适性正确性和τ数据测量准确性两个仅剩的可能答案上。此外三个实验组报告的τ寿命平均值结果为(3.13±0.13)×10-13s，相较1990年与理论值差距更大，进行τ质量测量实验也愈发重要和紧迫，国际上希望BES开展τ质量测量的呼声也日益增高[5]。

在内部驱动和外部要求的情势下，1991年6月20日高能所一室率先成立了τ质量实验准备工作小组。在中美双方多次讨论后，7月中旬BES合作组思想基本统一，确定于下半年首先开展τ质量测量(10)参见：中国科学院高能物理研究所科技档案，2003.3.14- 1055- 1- 2。。7月底在瑞士举行的国际轻子光子会议上，郁忠强代表BES合作组正式宣布合作组将于1991年10月的下一轮实验中开始τ质量测量[26]，这一计划得到了会场内外的众多支持，斯坦福直线加速器中心的马丁·佩尔和法国科学院院士达维耶(M.Davier)以及其他实验室同行纷纷表态肯定BEPC/BES开展τ质量测量的设想(11)参见：中国科学院高能物理研究所科技档案，2003.3.14- 1055- 1- 7。。达维耶还特意写信托伯顿·里克特带给所领导，呼吁在BEPC上优先安排mτ质量测量实验[21]；李政道也在答复郑志鹏意见时说“你们这个很好，这个跟基本理论的轻子普适性有关系，值得一测”(12)据丁兆君、王成等人2018年3月3日对郑志鹏的访谈。。

2 实验组织与准备工作

BES合作组内各方意见统一后，有关τ轻子质量测量实验的组织和准备工作随即展开。高能所对项目的整体策略与研究方案作了具体讨论。首先要尽早开展实验，获取最大时间效应，同时要尽快做好能量刻度，提高BEPC/BES的数据总效率。在副所长郑志鹏、室主任郁忠强领导下，李金、王泰杰、漆纳丁、薛生田等人着手进行系统性准备工作，同时美方沃尔特·托基、弗兰克·波特和劳伦斯·琼斯也参与其中(13)参见：中国科学院高能物理研究所科技档案，2003.3.14- 1055- 1- 5。。

2.1 从四个方面开展准备工作

准备工作分四个方面展开：首先是在1991年7月20日成立了τ质量测量物理分析小组，主要工作是对τ质量测量进行可行性研究，并在之后逐步扩大到为全室的测量工作提供保障——针对基础软件、物理分析、实验方案以及离线数据处理“在线化”方案等贡献意见。其中由漆纳丁和薛生田担任小组正、副负责人，组员包括王平、马东红、姜志进，以及随后陆续加入的胡涛、李玉山、张家文、王建春、朱启明、姜春华等人。二是对BEPC/BES进行设备改造。高能所于1991年6月召开了BEPC亮度提高工作会[27]，决议利用三个月的停机时间对BEPC和BES进行检修和改进，并组织各方开展工作：加速器方面，对直线加速器能量和储存环性能进行了提升；BES探测器方面，主要由李金负责检修和改进，保证探测器能够适应高亮度下的运行。三是由王泰杰负责数据离线准备工作：基于τ质量近阈扫描对数据处理速度的要求，对相应的筛选程序等进行了检验和修改；改善刻度程序和重建程序；确定τ取数期间快速数据处理流程并就可行性进行研究，以确保最大似然法指导近阈扫描的处理方式切实有效。四是与加速器配合的相关准备工作，相应进行了束流能量刻度，能散度及能量稳定性测定，同时配合加速器将束流状态参数记入磁带(14)参见：中国科学院高能物理研究所科技档案，2003.3.14- 1055- 1- 2。。

2.2 τ质量测量的物理分析

其中物理分析工作涉及范围大且影响实验整体走向，是整个准备工作中较为重要的一部分。如在1.4节中所述，高能所于1991年6月邀请琼斯讨论寻找τ质量准确值的初步设想，琼斯在在漆纳丁报告参数的基础上，更倾向三种测量方案中精度最高的似然函数法，以此估计实验时长和精度：整个实验时长在23天至多31天的范围内，精度在0.3MeV内(15)参见：中国科学院高能物理研究所科技档案，2003.3.14- 1055- 7- 2。。此外，7月弗兰克·波特从美国发来邮件，按照取得±0.5MeV总不确定度结果的目标从“反应截面”“束流能量”“机器亮度”以及“探测器分析”四方面给出了具体实验要求。波特也认同琼斯的方案，认为其能够满足寻找τ产生阈要求的效率、稳定性、无偏差以及简捷性几个要点，但也保留了改进意见，认为“这并不意味着不存在更好的方案，在这一问题上继续研究是值得的”(16)参见：中国科学院高能物理研究所科技档案，2003.3.14- 1055- 7- 1。。美方两位学者给出的建议是以自身经验结合BEPC/BES状况给出的，有益且实际，给物理分析小组后续的准备工作带来了重要启发。

在了解美方意见的情况下，高能所物理分析小组的准备工作从1991年7月到10月下旬完成。其中重点研究了近阈扫描方案中的二分法和似然函数拟合法，此项工作是在李金指导下，由姜志进、李玉山负责，其中高原宁也贡献了建设意见。8月开始运行BES上的蒙特卡洛模拟程序TAUGEN，在技术和时间受限的情况下(17)指当时的BES软件库尚不能提供全套的本底Monte Carlo大型样本，按照分析组的计算机能力、人力和时间要产生相应积分亮度的Monte Carlo本底样本是无法实现的。，分析组利用已重建的500万J/ψ事例模拟了mτ数据获取处的连续谱本底，并通过多轮淘汰将本底事例压低至满足mτ实验获取要求的水平。随后又确定了τ轻子对筛选程序，并于9月4日找到第一个eμ事例。

1991年9月12李金向高能所科技委汇报了实验方案的研究结果，在整体实验要求“精度高”和“对BEPC、BES条件要求不变”的原则下，陈述了相关三种实验方案即传统测量法、二分法(Binary Search)、最大似然法(Likelihood Search)研究情况(18)参见：中国科学院高能物理研究所科技档案，2003.3.14- 1055- 5- 6。，在最大似然法不成熟而二分法又有不可避免缺点的情况下，提出了创新性的实验方案：“B- S- L法”(二分-逐点扫描-最大似然函数综合法)，这一方案能够有效规避以往两种方法的缺陷，能提供良好的小于1MeV的精度的结果(19)参见：中国科学院高能物理研究所科技档案，2003.3.14- 1055- 6- 5。。

2.3 准备工作就绪

至此，物理分析小组准备工作基本完成，物理分析组在不到三个月时间内基本回答了“BES能否开展实验？”“如何开展？”“效果如何？”三个主要问题，为开展mτ测量打通了重要一关(20)参见：中国科学院高能物理研究所科技档案，2003.3.14- 1055- 5- 10。。

此时τ质量测量实验已是箭在弦上，故漆纳丁在报告中又对mτ实验紧迫性进行强调，于BEPC/BES价值，是“BEPC/BES的2亿4花的值不值？‘值’需要一个有重大物理意义并具有世界领先水平的实验物理结果”；对BES国际合作来说，“托基等人也需要向DOE证明加入BES合作组所花费的这笔钱是值得的”(21)参见：中国科学院高能物理研究所科技档案，2003.3.14- 1055- 5- 10。。

到1991年10月中旬，各方面准备工作大体就绪。经过暑期的设备检修，探测器性能趋于正常，触发率有所提高。对J/ψ和ψ’数据的研究和蒙特卡罗的研究表明BES探测器的性能已经满足τ质量测量的要求。对eμ事例的选择程序，最大似然函数的拟合方法，本底研究也已就绪。离线数据的筛选、刻度和重建按新的流程实施，有关的程序准备完成，加速器的运行参数送入BES在线程序并可写入磁带(22)参见：中国科学院高能物理研究所科技档案，2003.3.14- 1055- 1- 2。。

3 立项和部署工作

1991年7月，国家自然科学基金委员会正式通过立项并接受项目申请。经同行专家评议，同意“粲粒子物理τ轻子物理研究”[28]联合申请项目召开评审论证会，意向批准其申报“八五”重大项目。项目内容包含“τ轻子质量精确测量”等，意见认为“申请项目所含七个课题的研究内容明确，彼此紧密联系，研究方案和技术路线先进、合理、可行”。

为向高能所科研管理部门说明课题性质和实验可行性，郑志鹏、李金、漆纳丁三人在1991年8月14、15两日的评审会上向高能所科技委员会和国家实验室学术委员会报告了有关BES进行τ质量测量的情况，提交“τ轻子质量精确测量实验”的立项报告。

此前郑志鹏曾向前任高能所学术委员会主任朱洪元(1917—1992)征求意见，朱洪元在BES建成后曾主抓对撞机的科研工作，面对突然转做τ研究，朱表示需要考虑“1990年才开始得到的运行状态，怎么一下要做这么难的工作？得要通过正常手续充分论证”。郑志鹏遂向朱洪元解释了τ质量测量是BES的一个重要机会，朱洪元很快就理解和接受了建议，但要求“得要通过正常手续充分论证”(23)据丁兆君、王成等人2018年3月3日对郑志鹏的访谈。。

考虑到J/ψ进展和国际上多年τ质量测量情况，在1991年评审会前，委员们类似的担忧也并未散去。此时合作组内虽已与美方同行达成共识，但说服委员会也是一项挑战，此次审查会报告正是要消除这种顾虑。

8月14日，郑志鹏首先做了“关于mτ精确测量重要性的背景材料介绍”的总报告，指出进行τ物理研究的重要意义。强调开展mτ质量测量课题不仅是重要的，而且是紧迫的，“BES是唯一能进行τ阈扫描的探测器”，“mτ测量是高能物理界近期关心的工作”且“轻子光子会议上也有许多学者建议做mτ测量”指示了明确的窗口，而对此中美BES合作已经有了一些初步考虑和设想，预期也能取得优秀的结果(24)参见：中国科学院高能物理研究所科技档案，2003.3.14- 1055- 1- 3。。

随后李金解释了实验开展的可行性，结合设备现状就τ质量测量实验对BEPC和BES的要求进行了说明。在对目前BEPC水平进行了估计后，综合判断“由于亮度、本底和绝对测量是主要因素，无意外情况下稳定性是可以实现的”(25)参见：中国科学院高能物理研究所科技档案，2003.3.14- 1055- 1- 4。。最后由漆纳丁汇报了τ质量测量准备工作的进展，目前已经完成的研究，提供了有效、可行、具体的实验方案(26)参见：中国科学院高能物理研究所科技档案，内部编号03.3.14- 1055- 1- 5。。初步确定在3.097—3.686GeV范围内获取数据，放弃使用DELCO等使用的“大能量范围截面公式拟合”方法，而利用“二分+似然函数逼近法”来保证速度和精度，此外取得的数据也能用之于传统方法进行交叉检查。

报告结束后，委员们对实验风险、设备状况、准备情况等提出了质疑，部分委员还持否定态度。针对这些问题，项目组申请人进行了耐心的回答，承认实验会面临的困难，并详细陈述了准备好的对应措施，最终委员会通过了郑志鹏提交的申请报告[11]，确定项目名称为“北京谱仪-τ轻子质量的精确测量”，编号“运001”。高能所物理一室郑志鹏、郁忠强任项目负责人，李金、漆纳丁任课题负责人。课题资金来自“运001”的运行经费和“τ-粲物理基金”经费，预计一年五十万元(27)参见：中国科学院高能物理研究所科技档案，2003.3.14- 1055- 1- 1。。

1991年10月25日高能所一室召开全体大会，对τ质量测量实验工作进行正式部署。领导小组由郁忠强、李金、王泰杰、张长春和漆纳丁五人组成。郁忠强作为室主任负责全面工作，主持协调各项工作的进行，同时担任BES合作组中方发言人；室主任李金负责BES的运行维修，管理经费器材，并参加τ物理与分析组；副室主任王泰杰负责数据的离线工作，包括数据处理、刻度、重建工作，并负责和美方联系，协调等工作；张长春担任一室学术小组组长，担任运行负责人之一；漆纳丁担任τ物理分析组组长，负责τ数据的物理与分析工作。全体会上，郁忠强进行了动员，再次强调了τ质量测量的意义，根据实验特点组织布置了流水工作(图1)。整个τ质量测量实验相关的设备、研究人员都蓄势待发，即将开始正式的测量实验工作。

图1 τ质量测量实验的工作结构

4 结语

北京谱仪τ轻子质量精确测量实验的顺利筹备与立项，首先是τ轻子质量在物理学领域具有重要意义，关系到标准模型检验，有科学自身发展的内部需要。而北京正负电子对撞机正处于适合的能级，具有很好的条件与时机，作为常规实验，所需时间少、人力小，以BES当前分析力量不会感到过于沉重，开展把握大，所以特别适合BEPC/BES开展。而且，τ质量测量一旦得出，立即能有“领先水平”(28)参见：中国科学院高能物理研究所科技档案，2003.3.14- 1055- 6- 3。。τ轻子质量测定是北京谱仪的首项实验工作，是我国高能物理实验突破性研究成果。虽重复前人实验但精度超越前人，在“改革开放下的自力更生”方针下建造的北京正负电子对撞机使我国融入了国际高能物理界。

改革开放后，中美友好局势下北京正负电子对撞机建设的成功，是中美合作的典范，中美合作是重要因素。1990年代开展的τ轻子质量测量，继续了这种友好合作，同时也体现了中国科学家的独立思考。在当时国际前沿发展中得到了国内外研究机构的重视和支持，不仅有竞争，更多的是合作。在1990年代初刚结成的中美BES合作中，美方结合自身经验和BEPC/BES情况给出实际而中肯的意见，所提出的B-L法是中方实验方案的重要参考和基础。在中方对琼斯发言总结稿中也可以看到，除了一些概念的注释外，也出现了诸多例如“Binary法”一词下标注“我们的方案可避免之错”等中方的判断和补充。这表明，在吸收和交流的基础上中方自己的实验方案正在逐渐完善。中方并未“照单全收”，而以“取其精华，去其糟粕”的方式处理。双方合作交流中，美方能够开诚布公，中方能够取精用弘，为中方给出决定性、创造性、可行有效的实验方案奠定了基础。双方合作组集思广益，同心齐力，体现了国际合作精神。

在τ轻子质量测量实验计划的筹备中，面对北京谱仪研究工作初入正轨、开展mτ测量存在质疑声音的情况下，高能所以郑志鹏、漆纳丁等为代表的研究人员能够敏锐发现科研契机并执力争取，保证了筹备与立项顺利完成。另外，筹备工作提供了可行方案、软硬件基础和明确的工作规划，不仅实验人员，经验丰富的老一代的理论物理学家也投入其中，为以后τ轻子质量测量的正式实验打下基础，并相应储备了研究工作人员，也培养了一大批高能物理科学家与技术工作者。

致 谢感谢中国科学院高能物理研究所原所长郑志鹏研究员接受访谈并对我们的工作给予大力支持，感谢中国科学技术大学丁兆君副研究员组织并指导访谈，感谢中国科学院高能物理研究所科技档案室惠允查阅档案材料!文章内容曾在2019年8月26日“中华人民共和国科学技术七十年学术研讨会”上汇报，得到与会人员的反馈建议，在此一并感谢！