我的回忆：李政道和他对重离子物理学的贡献永宮正治

李政道教授于2024 年8 月4 日去世，享年97 岁。他的去世不仅是整个世界的巨大损失，也是相对论重离子物理领域的巨大损失。在这篇文章中，我想分享我对他的个人回忆，并回顾他对重离子物理学的贡献。由于我经常把李政道教授简称为“TD(政道)”，因此在本文中我将一直使用“政道”。

我第一次见到政道是在1974 年，当时他47 岁，我30 岁。那一年也标志着我开始全面参与位于劳伦斯-伯克利实验室(LBL)的贝瓦拉克相对论重离子实验。在此期间，政道做了一场关于“李-维克物质”的精彩演讲，给我留下了深刻的印象。这是我第一次在这个新领域遇到政道，当然，他当时并不知道我的存在。

李-维克物质是由政道和Gian-Carlo Wick(维克)提出的一个极具挑战性的理论模型。该理论认为，在高密度核物质中，核子的质量降为零。这一观点在重离子物理学中至关重要，因为它表明可能存在一种只有在极端高密度的核物质条件下才会出现的新物质状态。根据高能物理中使用的σ 模型，由于自发对称性破缺，核子(质子和中子)在真空中的质量是有限的；然而，在足够致密的核物质中，预计会出现零质量状态。

同年11 月29 日至12 月1 日，政道组织了熊山重离子学校。这所学校成为重离子物理学领域的里程碑事件，为先驱研究人员提供了一个交流思想和知识的宝贵平台。我对莱昂-莱德曼在那次学习班上的一段话记忆犹新：“五年前(1969 年)，我们在欧洲核子研究中心的ISR(交叉存储环)讨论了U+U碰撞的可能性”。

1993 年，在布鲁克海文国家实验室(BNL)，原定建造的200 GeV 质子对撞机项目ISABELLE 被正式取消。政道对此自然感到惋惜。与此同时，他向当时的实验室主任Nick Samios 提出建议，建议将现有的对撞环改造为重离子对撞机——这就是后来被称为RHIC(相对论重离子对撞机)的项目(见图1)。同年，夸克物质国际会议在BNL举行，这是重离子碰撞理论领域的一项重要国际会议。在会议上，政道的RHIC提议得到了核物理界的广泛支持，进一步强调了该项目的重要性。

图1 ISABELLE项目取消后，其加速环被改造用于RHIC

我与李政道教授的相识

1982 年，我从加利福尼亚大学劳伦斯-伯克利实验室(LBL) 回到日本，开始在东京大学工作。1982 年至1983 年间，我提议在日本高能物理研究所(KEK，当时名为日本高能物理国家实验室)利用12 GeV质子同步加速器进行几项重离子实验。然而，KEK当时的官方政策只允许质子加速，不允许重离子束，这迫使我不得不探索其他方案。

不久之后，我访问了布鲁克海文国家实验室(BNL)，在那里的自助餐厅碰巧遇到了我在麻省理工学院(MIT)的老朋友李-格罗津斯。我们曾在超精细相互作用领域有过合作。机缘巧合之下，这次会面成为我职业生涯的关键时刻。格罗津斯对我在KEK的实验想法很感兴趣，邀请我到BNL与他共事。当时，BNL正在探索利用交变梯度同步加速器(AGS)建造重离子加速器的方案。由于这次幸运的相遇，我们得以与东京大学、麻省理工学院和BNL的团队合作，在AGS启动了一系列重离子实验。

在哥伦比亚大学，我发表演讲，介绍了我在贝瓦拉克的研究成果。演讲结束后，没想到政道竟邀请我去他在校园附近的公寓，带我参观内部装饰。这个突然的邀请让我倍感意外。更让我困惑的是，政道还请哥伦比亚大学的Wonyong Lee 带我参观了附近的房子。后来我才明白，这是政道发出工作邀请的独特方式。虽然一开始我很困惑，但最终还是接受了。1986 年6 月，我成为哥伦比亚大学的教授。

开始在哥伦比亚大学的生活

我在哥伦比亚大学的新办公室在八楼，正对着政道的办公室。他说：“这个房间非常适合重离子物理学。”他指出，这个房间以前属于吉安-卡罗-维克，他因对李-维克物质的贡献而闻名。能占据这样一个具有历史意义的房间，我深感荣幸。由于距离政道的办公室只有几步之遥，在此期间，我有幸与他进行了频繁而富有启发性的交谈。

1986 年，我搬到哥伦比亚大学后不久，哥伦比亚大学举行了盛大的庆祝活动，纪念政道60 岁生日和发现宇称不守恒30 周年。这次活动聚集了300 多位杰出的科学家，其中包括20 多位诺贝尔奖获得者。这么多杰出人物齐聚一堂，给我留下了由衷的印象，也让我心潮澎湃。这次活动给我留下了由衷的敬畏和深刻的启发。在拍摄的众多照片中，图2 展示了吴健雄、她的丈夫袁家骝和吴大猷，吴大猷是李政道和杨振宁的导师。

图2 在李政道60 寿辰庆典上，李政道、吴健雄、袁家骝与吴大猷合影

同年，我们在BNL-AGS 的实验也开始了。在固定靶的实验中，我们观察到在每核子13~14 GeV能量下对撞的原子核相对于彼此完全停止——这表明可能会形成密度极高的物质。相比之下，RHIC 等对撞机实验使用的是质心系每核子200GeV 的能量，预计会产生主要由介子组成的热物质，因为原子核会相互穿过。

这些截然不同的特性在1990 年左右就已经被预测到了，后来在2000 年RHIC 开始运行时得到了实验证实。

从温度(T)和密度(ρ)相图来看，AGS 实验产生的是高密度物质，而RHIC 产生的是重子密度接近零的高温物质。这些差异如图3 所示。

图3 AGS 与RHIC上预期的反应动力学(a)，以及其在核物质相图中温度(T)与密度(ρ)平面上的投影(b)。图示绘制于1990 年前后

1990 年前后的几次插曲

在20 世纪80 年代末到90 年代初，我经历了六次与政道有关的难忘插曲，在此记录下来。

第一件事：政道请我帮助选拔对重离子物理感兴趣的中国年轻物理学家。为了支持这项工作，他主动提出借用他在北京大学的办公室，作为进行访谈的场所。由于他的慷慨，我得以与几位有前途的中国研究人员合作。特别是，我有机会与詹文龙博士合作，他后来成为中国科学院副院长。

第二件事：这个故事同样涉及中国的年轻物理学家，但范围更广。1979 年，政道发起了一项名为CUSPEA(中美联合培养物理类研究生计划)的开创性计划。通过该计划，每年从中国选拔出100 多名学生。无论是中国申请者还是渴望录取他们的美国大学，竞争都非常激烈。政道最初的设想是让这些学生回到中国并获得学术职位。

然而，到了20 世纪80 年代末，出于某些考虑，政道决定终止CUSPEA。尽管感到失望，但我认为CUSPEA取得了巨大成功，因为它培养了一代中国顶尖物理学家。

第三件事：本件事的中心内容是BNL 的AGS(交变梯度同步加速器)。政道组织了一次大型研讨会，评估所有与AGS 相关的活动(见图4)。与会者包括因发现μ 子中微子而闻名的梅尔-施瓦茨、代表丁肇中发现J/Ψ 粒子的吴秀兰、政道本人、稀有衰变专家迈克-泽勒和比尔-莫尔松以及代表重离子物理学领域的我本人。这是一个总结AGS 科学贡献的理想时刻，因为该设施即将关闭。

图4 AGS 综述研讨会上的一张合影。从左至右依次为：Mel Schwartz、Bill Wallenmeyer、San Lan Wu、李政道、Mike Zeller、Bill Molzon，以及我本人