记严东生院士：闪烁晶体之缘

“我没有为自己设计生活，但生活很顺利。”严冬生说，这种“运气”背后有两个因素一是有人关心我。第二，不要辜负那些关心我的人的期望。"

■我们的记者郝军

严冬生于1918年2月10日，上海人。他的祖籍是浙江杭州。他是中国著名的材料科学家。1935年考入清华大学，1941年毕业于燕京大学，获得硕士学位，1949年获得伊利诺伊大学陶瓷博士学位，1950年回国。他曾任中国科学院冶金陶瓷研究所研究员兼所长，上海硅酸盐研究所副所长兼所长，中国科学院副院长兼党委书记。中国无机材料科学技术的创始人和先驱之一。他于1980年当选为中国科学院院士，并于1994年当选为中国工程院首任院士。

在普通人眼中，寻找“上帝粒子”似乎是高能物理学家的一次探索之旅。然而，实际情况是，它也汇集了许多其他领域科学家的智慧和辛勤努力。著名材料学家、两院院士严冬生就是其中之一。

2012年夏天，欧洲核子研究中心向世界宣布，在大型强子对撞机CMS和ATLAS的碰撞点进行的实验表明，他们发现了一种新粒子，其特征与希格斯玻色子相同，被称为“上帝粒子”。

这一消息让95岁的阎东升非常高兴。对他来说，这一重大进展具有特殊意义。大型强子对撞机CMS探测器上的闪烁晶体是他带领团队获得的科研结晶。也正是这种奇妙的晶体“捕捉”了“上帝粒子”的痕迹。

严东生一生从未离开过材料科学的研究。然而，回过头来看他的出身，他最难忘的过去是与闪烁晶体的神奇“命运”。

丁肇中的“任务书”

故事还以30年前著名高能实验物理学家、诺贝尔物理学奖获得者丁肇中与阎东生的一次会面为开端。

1982年的一天，丁肇中在北京找到了严冬生。他们一见面，丁肇中就问，“你能做一个闪烁晶体BGO吗？尺寸很大很长。”

当时，丁肇中负责在欧洲粒子物理研究所的大型正电子对撞机中建造探测器。他计划用新型锗酸铋(BGO)作为探测器的核心部件——电磁量热计进行高能物理实验研究。

丁肇中正在领导一个世界知名的科学项目，吸引了来自10多个国家的500多名科学家参加。他们希望对撞机能够发现新的基本粒子和物质的运动规律，而这次实验中检测基本粒子的核心材料是BGO晶体。

“这是一个新问题，一个新挑战，但我愿意试一试。”严冬生意识到参与其中具有重要的科学意义，立即表示同意。

然而，丁肇中的要求几乎苛刻。他想要的BGO晶体必须是30厘米长的大尺寸高质量闪烁晶体，这在国际上是前所未有的。另一方面，美国、法国和日本的科研机构也参加了该项目的竞赛，“谁生产出最高质量的晶体，谁就被授予任务”

“虽然BGO晶体在上海硅酸盐研究所的性能在当时的国际评价中是最好的，但它只是一个在实验室中刚刚生长的小尺寸晶体样品。种植如此多的大尺寸高质量晶体所面临的困难和风险是可以想象的。”严冬生回忆说，经过比较，硅酸盐开发的晶体在性能和价格上具有优势，最终获得了这个国际项目的“任务书”。

然而，就在严东生之前，还有一个更困难的挑战:丁肇中要求硅酸盐在5年内完成12000个BGO晶体的生产。

晶体生长的环境要求极高。每年以吨为单位大量生产大规模高质量的闪烁晶体被认为是一项“前所未有”的任务。

在激烈的比赛中，阎东升带领球队取得了漂亮的胜利。1988年，他们提前一年完成了所有晶体的开发。同时，硅酸盐研究所还开发了新的生长工艺，建立了坩埚熔化、晶体生长、晶体加工和晶体性能测试等生产线，培养了一支能打硬仗的科技队伍。

1985年，美国国家科学基金会对各国的BGO产品进行了评估，上海硅酸盐研究所获得了唯一的满分。

完成BGO晶体任务后，严冬生应邀参加了欧洲核子研究中心探测器工程实验组全体会议。在一个小时的演讲中，他全面介绍了上海硅酸盐研究所在BGO晶体研究与开发方面的成就及其对该项目的贡献。会议厅里掌声雷动。出席会议的外国科学家特别尊重中国的科技成就。中国无机闪烁晶体的国际地位由此确立。

严冬生笑着回忆说，丁肇中认识人的时候，他说:“谁要BGO水晶，就去中国科学院上海硅酸盐研究所！”

不同的“中国制造”

丁肇中的话不假。几年后，欧洲核子研究中心再次邀请严冬生去寻找合适的水晶。

这一次的合作源于人类科学技术史上的一个里程碑式的项目——大型强子对撞机(LHC)，它将被用来发现被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子，揭示物质的“质量来源”，从而探索宇宙起源的奥秘。

为了在大型强子对撞机中建立CMS探测器，需要数万个新型钨酸铅(PWO)闪烁晶体来制作“心脏”组件——电磁热量计。开发BGO晶体的成功合作经验使欧洲核子研究中心再次把希望寄托在上海硅酸盐研究所上。

“LHC是一个重大的科学项目，在当代世界引起了极大的关注。能够参与这个项目的建设，是我国成为国际科技前沿之一的又一个绝佳机会。”但严冬生深知PWO是一种全新的闪烁晶体，当时人们对其研究甚少，更不用说生产大尺寸晶体的技术了。

在闫东生的努力下，硅酸盐研究所与欧洲核子研究中心(CERN)的CMS探测器组在PWO进行了晶体研究的合作，但进展并不顺利。出于政治原因，欧洲核子研究中心仅在2000年与俄罗斯签署了供应协议。

“我们没有抱怨或放弃，而是努力工作，不断提高技术和晶体质量。”严冬生心里想的是，他只希望中国的晶体材料科学能在世界上保持一席之地。

直到2003年底，欧洲核子研究中心与俄罗斯的合作陷入困境，才要求继续与严东生团队合作，但他们被要求在2008年3月底之前提供所有晶体。

"在这种情况下，我思考我作为科学家的责任和使命."严冬生毫不犹豫地同意了对方的要求，并亲自带领PWO水晶研究集团解决关键问题。

PWO晶体的晶体结构复杂，难以生长，容易开裂，而用于生长晶体的原料极其不稳定，这将直接影响晶体质量。这一切都让阎东升忐忑不安。

尽管年事已高，严冬生还是坚持要去江苏昆山的原材料生产厂，向工厂领导和工人强调这个项目的重要国际意义。他还到车间现场检查生产情况，分析原材料质量不稳定的原因，并共同讨论对策。

2004年，欧洲核子研究中心、意大利和美国对350种预制晶体进行了测试。因此，“中国制造”的PWO晶体比俄罗斯生产的晶体多发射20% ~ 40%的光，具有更好的综合性能。

根据合同，上海硅酸盐研究所按时向欧洲粒子物理研究所成功交付了约5000颗高质量的大尺寸PWO闪烁晶体。六个月后，2008年9月20日，大型强子对撞机(LHC)正式投入运行，开始了人类揭示宇宙起源的旅程。

与此同时，位于LHC“心脏”的PWO闪烁晶体开始执行它们的任务。闪烁晶体受到以光速传播的高能粒子的轰击，高能粒子在几纳秒内迅速发光，并迅速消失以迎接下一个粒子的到来，从而不断捕捉和区分各种高能粒子，因此被称为“粒子探测仪”。

为了感谢中国科学家对LHC做出的巨大贡献，欧洲核子研究中心向上海硅酸盐研究所颁发了CMS晶体奖。严冬生未能出席在瑞士举行的颁奖仪式，但他在上海通过视频会议发表获奖感言时已经90岁了。

"最大的遗憾是没有遗憾。"

回顾他的科学生涯，阎东升说他最好的时光始于60岁:“1978年，改革开放的那年，我60岁。2008年，经过30年的改革开放，我90岁了。这30年是我职业生涯的最佳时期，也是我健康的最佳时期。”

在你晚年达到事业顶峰是一种遗憾还是一种幸运？

"我很高兴能够贡献一切."说到后悔，严冬生笑道:“最大的遗憾是没有后悔”。

事实上，严东生的科学生活近乎完美，他遵循了科学家应该遵循的最标准的道路。

1935年考入清华大学，抗日战争爆发后转到燕京大学。1946年，他去美国留学，两年内以优异的成绩获得博士学位，并被授予四大荣誉学会的“金钥匙”。*成立后，为了实现“致力于科学、服务国家”的愿望，中国毅然回到最权威的科研机构工作，产生了世界一流的科研成果。

“我没有为自己设计生活，但生活很顺利。”严冬生说，这种“运气”背后有两个因素一是有人关心我。第二，不要辜负那些关心我的人的期望。"

当和人们谈论他们过去的成就时，严冬生更喜欢列举别人的贡献。他经常说:“这份荣誉应归功于和我一起工作的同志。”

《中国科学新闻》(第六版，2013年9月6日)