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第四课 麻省理工名人榜物理学家丁肇中（第1页）

第四课麻省理工名人榜物理学家丁肇中

麻省理工名言

先正确地评判自己，才有能力评断他人。

人物简介

丁肇中（SamuelgTing），1936年出生，汉族，祖籍山东省日照市，华裔美国人，美国实验物理学家，现任美国麻省理工学院教授，曾获得1976年诺贝尔物理学奖。他曾发现一种新的基本粒子，并以物理文献中习惯用来表示电磁流的拉丁字母“J”将那种新粒子命名为“J粒子”。

丁肇中出生在美国密歇根州的安娜堡，他的父母原本希望他出生在中国，不过当他父母在访问美国的时候，他提早出生了，也因为这个小意外，丁肇中具有了美国公民的身份。在出生的两个月后丁肇中随父母回到“中华民国”。由于中国那时处于战乱时期，丁肇中直到12岁没有接受传统的教育，主要由他的父母在家里教育他。丁肇中12岁到了台湾，经过不足一年的刻苦努力，以优异的成绩考入了台北市成功中学。一年后转学到建国中学读书。

1955年高中毕业后，丁肇中考进台南市成功大学机械工程系。1956年，由于其中一个科目被当，心有不满的他前往美国密歇根大学修习工程学、数学和物理学。1959年，获得数学和物理学学士学位。1962年获得物理博士学位。1963年，他获得福特基金会的奖学金，到瑞士日内瓦欧洲核子研究中心（）工作。1964年起在美国哥伦比亚大学工作。1965年成为纽约哥伦比亚大学讲师。1967年起任麻省理工学院物理学系教授，1969年任教授。1977年起任托马斯·达德利·卡伯特讲座教授。1970年任美国物理协会粒子和场研究项目顾问，并任《核物理通报》副主编。1975年当选美国艺术与科学学院院士。他是美国科学院院士，研究方向是高能实验粒子物理学，包括量子电动力学、电弱统一理论、量子色动力学的研究。他所领导的马克·杰实验组先后在几个国际实验中心工作。2000年受聘为日照职业技术学院名誉院长。2011年12月21日，受聘为华东师范大学名誉教授。2005年6月18日，受聘为曲阜师范大学名誉校长

丁肇中的思维与交流方式极其独特，初次与其交流会让人觉得他思维混乱。但仔细听来就会了解到，他的思维并非混乱，而是他想说的事情过于复杂以至于无法用语言合理表示出来。这点是想必听过他讲座的人都深有体会。

学术思想

丁肇中的学术思想的特点是，在科学研究中非常重视实验。他认为，物理学是在实验与理论紧密相互作用的基础上发展起来的，理论进展的基础在于理论能够解释现有的实验事实，并且还能够预言可以由实验证实的新现象。当物理学中一个实验结果与理论预言相矛盾时，就会发生物理学的革命，并且导致新理论的产生。他根据近四分之一世纪以来物理学的历史和他亲身的经验指出，许多重要实验，例如K介子衰变中电荷共轭宇称与宇称复合对称性（CP）不守恒的发现，J粒子的发现，以及高温超导体的发现，开辟了物理学中新的研究领域，但这些实验发现都是预先在理论上并没有兴趣的情况下作出的。又如高能加速器实验近年来作出的有关粒子物理的基本发现，除W粒子和Z粒子外，几乎都是在加速器开始建造时未曾预言过的。他强调，没有一个理论能够驳斥实验的结果，反之，如果一个理论与实验观察的事实不符合，那么这个理论就不能存在。他重视科学实验的观点，对科学工作者是很有教益的。

发现J粒子

1965年起，丁肇中领导的实验组在联邦德国汉堡电子同步加速器（束流能量为7。5×109eV）上进行了关于量子电动力学和矢量介子（p、w、φ）的一系列出色的实验工作，其中包括光生矢量介子、矢量介子衰变的研究、矢量为主模型的实验检验、p、w、φ介子光生相位的测量和p、介子干涉参数的精密测量等，推进了对矢量介子的认识（见介子）。还在实验上证明了量子电动力学的正确性。

1972年夏，丁肇中实验组利用美国布鲁克海文国家实验室的3。3×1010eV质子加速器寻找质量在（1。5～5。5）×109eV之间的长寿命中性粒子。1974年，他们发现了一个质量约为质子质量3倍（质量为3。1×109eV）的长寿命中性粒子。在公开发表这个发现时，丁肇中把这个新粒子取名为J粒子，“J”和“丁”字形相近，寓意这是中国人发现的粒子。与此同时，美国人B。里希特也发现了这种粒子，并取名为ψ粒子。后来（1975年）人们就把这种粒子叫作Jψ粒子。Jψ粒子具有奇特的性质，其寿命值比预料值大5000倍；这表明它有新的内部结构，不能用当时已知的3种夸克来解释，而需要引进第四种夸克即粲夸克来解释。Jψ粒子的发现大大推动了粒子物理学的发展。为此丁肇中和里希特共同获得1976年诺贝尔物理学奖。

当时，新闻界有一个误会：以为J粒子就是“丁粒子”，是丁肇中以姓氏来命名的。其实，这纯属巧合。丁肇中的本意是，想用这个粒子来纪念他们在探索电磁流性质方面，花了10年时间才获得的这项重要新发现。加之物理文献中习惯用J来表示电磁流，因此，丁肇中便以拉丁字母“J”来命名这个新粒子。

学术贡献

丁肇中的研究工作以实验粒子物理、量子电动力学及光与物质相互作用为中心。到目前为止，他在学术上的主要贡献有：（1）反氘核的发现；

（2）25年来进行了一系列检验量子电动力学的实验，表明电子、μ子和x子是半径小于10~16厘米的点粒子；（3）精确研究矢量介子的实验；（4）研究光生矢量介子，证实了光子与矢量介子的相似性；（5）J粒子的发现；（6）μ子对产生的研究；（7）胶子喷注的发现；（8）胶子物理的系统研究；（9）μ子电荷不对称性的精确测量，首次表明标准电弱模型的正确性；（10）在标准模型框架内，证实了宇宙中只存在三代中微子。

1981年起，丁肇中组织和领导了一个国际合作组——L3组，准备在欧洲核子中心预计在1988年建成的高能正负电子对撞机LEP上进行高能物理实验，将在质心系能量为1011eV能区中寻找新粒子，特别是电弱理论预言的黑格斯粒子，并研究ZO及其他粒子物理新现象。L3组目前共有包括中国在内的约13个国家近400名物理学家参加。

丁肇中热心培养中国高能物理学人才，经常选拔中国青年科学工作者去他所领导的小组工作。他是中国科学技术大学等校的名誉教授，中国科学院高能物理研究所学术委员会委员。

探索反物质

1998年6月2日，美国东部时间凌晨6时零9分，发现号航天飞机腾空而起，机内载中、美等国共同研制的“阿拉法磁谱仪”进行运行实验，此举揭开了人类第一次到太空寻找反物质和暗物质的序幕。阿拉法磁谱仪实验是一个大型国际合作科学实验项目，实验由丁肇中教授领导，包括美国、中国、意大利、瑞士、德国、芬兰等国家和地区的37个研究机构的物理学家和工程师参加，仅中国参加的科学家和工程师就不下200人，其目的是寻找太空中的反物质和暗物质。

这次在航天飞机上运行的“阿拉法磁谱仪”传回的数据，从接收到的1%数据判断，它工作正常，并出现了预想的反质子，但由于数量太少，尚无法说已经发现了反物质。阿拉法磁谱仪随航天飞机于12日返回地面。

获得荣誉

由于丁肇中对物理学的贡献，他在1976年被授予诺贝尔物理学奖，并被美国政府授予洛仑兹奖，1988年被意大利政府授予特卡斯佩里科学奖。他是美国国家科学院院士，美国文理科学院院士，苏联科学院外籍院士，中国台北“中央研究院”院士，巴基斯坦科学院院士。他曾被密歇根大学（1978）、香港中文大学（1987）、意大利波洛格那大学（1988）和哥伦比亚大学（1990）授予名誉博士学位。

他是中国上海交通大学、华东师范大学和北京师范大学的名誉教授，是曲阜师范大学、日照职业技术学院名誉校长。1977年获美国工程科学学会的埃林金奖章。1988年获意大利陶尔米纳市的金豹优秀奖及意大利布雷西亚市的科学金奖章。

他领导着来自美、法、德、中等14个国家43所一流大学和科研院所的581名物理学家，在日内瓦建造的世界上能量最大的正负质子对撞机上，探索宇宙中的新物质、反物质。

不放过任一个难题

丁肇中的祖籍是山东省日照市涛雒镇。父亲丁观海、母亲王隽英皆任教于大学。1936年丁观海和已有身孕的妻子王隽英到美国进行学术访问时，王隽英意外早产。这个提前来到人间的婴儿，就是丁肇中。

1948年冬，丁肇中开始接受正规教育。受家庭的影响，他对学习一丝不苟，读书专心致志，遇到疑难问题，便找遍书本，务必得到答案才肯罢休。一次物理老师出了一道思考题，很多同学想了想觉得很难就放弃了，等着老师讲解，丁肇中不是这样，他吃饭想、走路想，别的同学都出去活动了，只有他还对着那道题苦苦思索，一个小时过去了，两个小时过去了……终于想到了解决问题的方法，他马上跑到图书馆查找资料验证自己的方法是否正确，直到确认自己的解题方法没有错误，他才满意而去。课堂上他聚精会神地听课，不论对自己的答案有没有把握，他总是第一个举手回答老师的提问。课后和同学们讨论问题时，往往要辩论到“甚解"才肯罢休。他的课余时间大部分是在图书馆度过的，很少与同学一起打球、看电影。他认为“最浪费不起的是时间”。

由于丁肇中勤奋刻苦，各门功课成绩优良，尤其突出的是数理，这为他实现终身的奋斗目标打下了扎实的基础。

决定当物理学家

1956年9月，丁肇中依依不舍地告别了父母赴美国学习。开始了在密歇根大学的艰苦学习。在大学期间，丁肇中能打破书本的局限去理解物理现象。他认为“作为一个科学家，最重要的是不断探寻教科书之外的事物。”

丁肇中经过三年的努力，获得了数学和物理学硕士学位，之后又在密歇根大学物理研究所攻读了两年，提前获得博士学位。他本来想成为一个理论物理学家，但有两件事促使他改变了自己的志向。一件是在研究所中，他虚心向乌伯克·凯斯等学识渊博的名教授请教，他们都非常喜欢这个勤奋的中国学生。乌伦伯克教授告诉他：作一个实验家比理论家有用。另一件是进研究所的第一个夏天，有两位教授正在进行一项暑期实验工作，缺少一名助手，丁肇中应邀参加了实验。从此，他与实验物理结下了不解之缘。

测量电子的半径