伯顿·里克特

1974 年 11 月，两台设计思路完全相反的机器在同一天宣布找到了同一个粒子。丁肇中那台靠的是准；里克特这台靠的是另一件事——它能把能量一点一点地调，而为了造出这台机器，他先花了六年去要钱。

一个关于「多小」的问题

里克特 1931 年生于纽约布鲁克林，1948 年进麻省理工，在化学和物理之间犹豫了一年。大三暑假他进了弗朗西斯·比特的磁体实验室，恰好有人在那里用大磁铁做正电子素实验——那是他第一次碰到正负电子。

1956 年拿到博士后，他带着一个很具体的问题去了斯坦福：量子电动力学在多短的距离上还成立？ 当时重整化还没被普遍接受，不少人猜电磁力在极短距离上会有个「截断」。他想亲手找到那个截断，或者证明它不在那里。

他到斯坦福的第一年做完一个电子对实验，把量子电动力学的有效范围推到了约 $10^{-13}$ 厘米。但要再往下走，打靶的办法就不够用了。

七年才听话的电子束

1957 年，普林斯顿的杰拉德·奥尼尔提出一个当时很少有人当真的想法：别拿束流去打静止的靶，让两束电子迎头相撞。打靶时大部分能量浪费在推动靶核后退上，对撞则把全部能量都用来反应。

里克特一听就加入了，从此既做实验、又造加速器。四个人 1958 年动手，指望三年出结果，结果用了七年——束流在储存环里怎么保持稳定，当时没人知道，只能一边建一边学。1965 年这台「8」字形的双环终于跑通，把量子电动力学验证到了 $10^{-14}$ 厘米以下。

它是此后所有对撞机的祖先。

六年申请，二十一个月建成

还在建那台电子-电子对撞装置时，里克特就想好了下一步：正负电子对撞。电子和它的反粒子相撞时会彻底湮灭，化成一团量子数干干净净的能量「火球」，再重新凝结成任何满足守恒律的粒子组合。用这团火球去探测强子，比拿质子撞质子干净得多。

1963 年，斯坦福直线加速器中心主任帕诺夫斯基把他请过去。1965 年他正式向原子能委员会提交申请，此后五年年年落空，预算从 2000 万美元砍到 500 万也不行。他眼看着意大利、哈佛的对撞机先后开工，一边眼红，一边把别人的好点子抄进自己的设计。

1970 年，一个缩水版终于拿到了钱，定名 SPEAR。机器建在实验区边上的一块停车场上，从开工到第一次对撞只用了约 21 个月。

还在施工时，两位斯坦福的凝聚态物理学家找上门来：储存环里的电子会放出强得惊人的 X 射线，能不能在环上开个口子引出来？里克特后来回忆说，那时候世界比现在简单，「我就直接做了」。那个口子长成了最早的现代同步辐射装置之一，至今仍在运行。

那个周末

1974 年夏天，SPEAR 的数据在 3.1 GeV 附近出了怪事：同一个能量点上几次测量对不上，有两次比预期高出五到七倍。里克特起初倾向于认为是本底，不想浪费束流时间——他更想赶紧往高能量走。

说服他的是伯克利的格森·戈德哈伯：那几次产额异常高的事例里，K 介子也偏多（戈德哈伯后来承认这多半是统计上的巧合）。里克特说：「好，就这样。回去再看一遍。」他批了一个周末。

11 月 9 日周六攒了些事例，10 日周日早上把能量调到 3.11 GeV 附近，计数器开始发疯。能量每挪一丁点，产额就往上蹿，控制室里的人越挤越多。峰窄到束流本身的能量分散就是它的全部表观宽度——理论上没人预言过会有这么窄的共振。

名字是当天在控制室里挑的。希腊字母剩下能用的不多，大家很快定了 ψ，有理论家抗议：那是波函数的记号，不能用。理论家比约肯正在吃晚饭，接到里克特的电话后回到餐桌，把一整份辣根酱吞下去都没尝出味道，他妻子说：「你还是去实验室吧。」

第二天丁肇中来斯坦福开项目委员会的会，两边这才发现是同一个东西（经过与物理见本站「J/ψ 粒子的发现」页）。里克特后来说得很大方：「山姆比我们先到，我们是第二。可这是一个本不该存在的东西，两个实验室、隔着三千英里、方法和探测器完全不同，得到了一模一样的结果。」

帕诺夫斯基则跑去原子能委员会报喜，说他要宣布「在一台未经批准的机器上发现了一个未经批准的粒子」。

十天后，SPEAR 又找到了第二个窄共振 ψ′。 此后一年多，这个合作组几乎每周写出一篇论文，一步步钉死了粲夸克：含粲的 D 介子被找到，粲偶素的能级一条条排出来。同一台探测器上，珀尔还从数据里认出了 τ 轻子。

从储存环到直线

1975 年他去欧洲核子研究中心休假一年，算清了一件事：储存环的造价随能量的平方增长。他据此给出了一台周长 27 公里的对撞机的初步设计——这就是后来的 LEP，今天大型强子对撞机所在的那条隧道。

同一套算术也告诉他，比 LEP 再高十倍能量的环在经济上不可能。出路是直线对撞机：电子和正电子各自加速后迎头打一次，不再绕圈。关键是把对撞点的束流压到半径两微米以内，才有足够的事例。

他把斯坦福那条三公里长的直线加速器改成了这样一台机器的变种——正负电子在同一条加速器里加速，到末端再由磁铁分开、掉头对撞。它 1983 年开工，1987 年建成，启动得很艰难，但至今仍是唯一建成运行过的正负电子直线对撞机。它留下的更多是加速器物理上的经验，今天各国讨论的下一代直线对撞机都以此为起点。

1984 年到 1999 年他当了十五年实验室主任。他在自传里自嘲是「经不住诱惑」：自己做物理时有人替你要钱，当主任就得替别人要钱。他在任时开始筹建的 X 射线自由电子激光，后来成了实验室的主力装置。

最后二十年

卸任后，他把大部分精力转向能源与气候。2010 年出版的《超越烟幕与镜像》，是一位实验物理学家把气候科学与各种能源方案的数字逐项摊开给普通读者看的尝试。

2012 年他在白宫领取了费米奖。2018 年 7 月 18 日，他在帕洛阿尔托因心力衰竭去世，享年 87 岁。