02小说网

第四课 麻省理工名人榜物理学家丁肇中（第2页）

丁肇中教授是世界著名的实验物理学家。在丁肇中所从事科学实验研究工作中，有几个他亲历并引以为自豪的精彩片段。

第一个片段是发生在1966年，丁肇中重做了当时世界上最重要的一个实验，那就是测量电子的半径。丁肇中得到的实验结果与理论物理学家推导出的理论相符合，因为早在1948年，理论物理学家根据量子电动力学的理论，得出电子是没有体积的结论。但是到了1964年，实验物理学家经过实验得到电子半径为10~13厘米实验结果。随后，多个物理学家同样得到电子半径为10~13厘米实验结果，即得出了实验与理论不相符合的结论。1966年，丁肇中重做这个实验，证明以前那些科学家做的实验结果都错了。后来丁肇中总结这个故事得出的体会是“做实验物理，不要盲从专家的结论”。

发现J粒子家族

第二个片段就是J粒子家族被发现的历史。这个发现，被国际高能物理学界誉为物理发展史上的一个重要里程碑。1970年代初，物理学家们普遍认为，世界上只有三种夸克，用三种夸克的理论就能够解释世界上所有的现象。1974年，丁肇中提出了“寻找新粒子与新物质”的实验方案，可惜未能被多数物理学家们重视。

但他执着地求索，终于在实验中发现了新粒子——J粒子，它的寿命是通常粒子的1万倍，并进而发现了J粒子家族。这一实验结果证明了当时三种夸克的理论是错误的。丁肇中体会这段历史总会说：“做基础研究要有信心，你认为是正确的事，就要坚持去做；不要因为多数人的反对而不做，也不要去管其他人怎么看”。

西欧核子中心

第三个片段是在过去20年间丁肇中在西欧核子中心开展的富有成效的国际合作研究工作。这个国际合作组有19个国家的600多个科学家参加工作，其中三分之一来自美国，三分之一来自欧洲，三分之一来自俄罗斯及其他国家。这个国际合作实验组取得了重要的研究进展，并且发表一大批学术论文，有75人获得了博士学位。那么这个国际合作为什么会得到那么多的国家、那么多的科学家的支持呢?丁肇中后来在一次演讲中讲道：国际合作最主要的是选择世界上最重要的、最有兴趣的题目，引起科学家的兴趣。没有兴趣，就没有意义。

国际空间站

第四个片段是在国际空间站上寻找由反物质粒子组成的宇宙（AMS）的实验。这一实验，是经过大量、激烈竞争后在国际空间站上进行的唯一的实验。反物质的存在，是1928年由英国物理学家P。Dirac推测出来的，1933年他因此获得诺贝尔奖。

假如宇宙是大爆炸来的，有物质，也有反物质。由反物质组成的宇宙到哪里去了?所有的粒子都有反粒子，有没有由反物质组成的宇宙?丁肇中的AMS实验就是要回答这些问题。如果反物质存在，它会在太空中发射出反氦或反碳等原子核，这些反原子核会穿过太空接近地球，我们应该能够在太空中探测到。因此，这个实验需要到外太空去测量带电粒子，需要用测量磁场的方法来确定它们。这个实验也是一个国际合作研究工作，它由15个国家的科学家共同参与，在2006年11月用美国128号航天飞机将AMS实验送到国际空间站，实验为期3~5年。丁肇中为这个实验付出了大量的心血，在实验取得不断进展的时候，他曾深有体会地说，对一个做实验物理的人来说，要实现你的目标最重要的是要有好奇心，对自己做的事情要有信心，同时要去努力工作。

1976年诺贝尔物理学奖得主丁肇中在1980年写了一篇自传性的文章《在探索中：一个物理学家的体验》。这篇文章一开头，就引用了叶剑英元帅的《攻关》诗：攻城不怕坚，攻书莫畏难。科学有险阻，苦战能过关。

丁肇中说他于1936年1月27日出生在美国，但出生3个月后，父母又把他带回到中国。他说：“由于当时中国的境况，我一直是一个难民，不断地从一个地方逃到另一个地方。当然，那时使我不可能得到任何的正规教育。”在他12岁时，随全家迁往台湾，才进中学读书，因而十分珍惜上学的机会。高中时，他特别喜欢理化，刻苦钻研，成绩很好，他的一个同学曾在毕业纪念册上给他这样的赠言：“你的理科可以说在班上无敌手，我希望你集中全力向理科进攻，发明几个丁氏定律!”中学毕业后，丁肇中被保送进台湾成功大学机械工程系。1956年他20岁时只身赴美，进密歇根大学，于1962年获得了物理学博士学位。丁肇中选定了实验物理作为他的主攻方向。1972年他领导一个小组在纽约的布鲁克国家实验室进行了一系列实验去寻找新的重粒子。对于实验的艰巨性和复杂性，他曾经这样比喻道：“在雨季，一个像波士顿这样的城市，一分钟之内也许要降落下千千万万粒雨滴，如果其中的一滴有着不同的颜色，我们就必须找到那滴雨。”

1974年11月12日，在实验室里夜以继日地工作了两年多，全力攻关的丁肇中向全世界宣布，他的小组发现了一种未曾预料过的新的基本粒子——J粒子。这种粒子有两个奇怪的性质：质量重，寿命长，因而

它一定来自第四夸克，这推翻了过去认为世界只由三种夸克组成的理论，为人类认识微观世界开辟了一个新的境界，被称为是“物理学的十一月革命”。

1977年秋，丁肇中访华期间向邓小平建议中国科学院派遣物理学家参加他的实验小组工作。自1978年1月他迎接第一个中国物理学家小组以来，已有上百人去到他的身边。他说：“与中国的合作令人满意。”他还说：“这几年，中国科研人员的素质有了很大改善从领导到一般科技人员，都大大年轻化了。科学，尤其是自然科学的重要发现都靠年轻人。像牛顿、法拉第、李政道、杨振宁，他们的重要发现都是在年轻的时候。因此，我对科学院年轻的科技人员抱有很大的希望。”

三个“不知道”

2004年11月7日，南航报告厅座无虚席，师生们在聆听诺贝尔物理学奖获得者、著名美籍华人丁肇中教授作报告，内容关于寻找太空中的反物质和暗物质。一个小时的精彩报告后，按照惯例，丁教授回答同学们的提问。“您觉得人类在太空中能找到暗物质和反物质吗?"

“不知道。”"您觉得您从事的科学实验有什么经济价值吗?”"不知道。”“您能不能谈谈物理学未来20年的发展方向?”“不知道。”一问三不知!而且回答“不知道”时，表情自然诚恳，没有任何明知不说的矫揉造作。在场的所有同学都大感意外，短暂的沉默后开始有人窃窃私语起来。旋即，丁教授微笑着说，不知道的事情绝对不能去主观推断，而最尖端的科学很难靠判断来确定是怎么回事。简短而平实的几句话，赢得了全场热

烈的掌声，经久不息。

无独有偶，《庄子·齐物论》也记载了一个三问而三不知的故事：“啮缺问于王倪曰：‘子知物之所同是乎?’曰：‘吾恶乎知之!’‘子知子之所不知邪?'曰：‘吾恶乎知之!’‘然则物无知邪?'曰：‘恶乎知之!虽然，尝试言之：庸讵知吾所谓知之非不知邪?庸讵知吾所谓不知之非知邪?’"

学海无涯，而我生有涯。上知天文，下知地理，前观八百年，后观五百年，这样博学的人世所罕见。所以，有所不知并不是什么丢人的事情。孔子老早就教人“知之为知之，不知为不知，是知也”，但真正做到却很难。一般人都爱面子，在知识上总爱表示自己知道，即使不知道，也不愿意叫人家知道自己不知道。遇着事儿，凡有一点儿腾挪的空间，他们一定不会轻易吐出“不知道”三个字的。

丁肇中，这位在华人中享有盛誉的科学家，据说经常回答“不知道”。正是“不知道”激发的强烈求知欲，使他读起书来孜孜不倦，成为美国密歇根大学百年历史上从学士到博士完成时间最短的学生。当时该校每年学费1000美元，他因表现出色一直受到校方资助，从大学到博士的6年间，他仅用了100美元学费。也正是“不知道”激发的强烈好奇心，使他不断探索“不知道”的领域，为人类揭开了很多很多的“不知道”，并最终登上了诺贝尔领奖台。这里有一个反面的寓言故事：百灵鸟歌喉婉转，蝉来求艺。刚学了发声，蝉就扯开嗓子高喊“知了——”。亿万年来，它只会“知了知了”地叫，为世界制造些噪声。所以，如果我们要像丁教授那样有所作为，就不能以不知为知，而是勇敢地启开牙关，吐出那三个字“不知道”，然后再发奋努力，变“不知道”为知道。

树高千丈，落叶归根

“科学是没有国界的，而科学家总属于他自己的祖国。”2005年6月18日，蜚声中外的物理学大师丁肇中携妻将子回到故乡山东日照寻根祭祖，实现了一个海外游子多年的夙愿。在故乡涛雒镇南门里，面对上千名久久迎候的父老乡亲，丁肇中难以掩饰激动的心情。种德堂西厢房是丁肇中父亲丁观海和母亲王隽英曾经住过的屋子，参观完西厢房，大家邀请丁肇中题字留念，丁肇中请妻子苏姗先题。

苏姗会意一笑，这位金发碧眼的美国女士坐到古色古香的八仙桌前，在白纸上用英文深情写道：“今天对丁氏家族来说，是一个特殊的日子：树高千尺，叶落归根。苏姗。2005年6月18日。”丁肇中从夫人手里接过笔，让儿子克里斯托弗签上自己的名字，最后，在题字下面，又一笔一画地签上了自己的名字：丁肇中。

丁氏家族是日照的名门望族，祖上屡出进士、举人，书香浓郁。丁肇中的祖父丁履巽肄业于上海复旦大学，父亲丁观海早年就读于山东大学，是一位土木工程学家。抗战初期，幼小的丁肇中曾在故乡度过无邪的童年。跟随父亲回乡的克里斯托弗·丁是丁肇中唯一的儿子，这位19岁、身材高大的小伙子正在父亲母校——美国密歇根大学念二年级。爷爷丁观海专为心爱的孙子起了一个中文名字：丁明童。老人还为丁肇中的另外两个孩子分别起了中文名字，叫丁明美、丁明明。

丁明童对父辈家乡的一切充满了好奇。每到一处，丁肇中都不厌其烦地用英语向儿子解说。他告诉儿子：“美国人喜欢去欧洲，那是去找他们的祖先；而你来中国，也是找自己的祖先。”在丁肇中心里，他是多么渴望儿子和他一样了解和热爱自己的故国家乡!伫立在祖父丁履巽的墓前，丁肇中表情沉重的脸上有了一丝宽慰。回忆1985年，少小离家的丁肇中首次回到阔别40多年的家乡探亲。

2002年6月14日，丁肇中在第二次回乡祭扫祖墓后说：“真应该带儿子回来，让他看看，让他知道他的根在这里。”如今，鬓毛已衰的丁肇中终于带着儿子回来了。整理一下花圈上的挽联，丁肇中牵着夫人苏姗的手，凝视着儿子，缓缓地用英语说：“Yourrootishere。（你的根在这儿。）”黑色的墓碑上镌刻着丁肇中亲拟的碑文：怀念我的祖父，一位鼓励家人为世界做贡献的人。短暂的故乡之旅即将结束时，丁明童感慨地说：“这一次我回到了父亲和爷爷的家乡，参观了故居，了解了几代人在这儿生活的情景，这将是我一生中最难忘的经历。”

Jψ粒子的发现

1976年诺贝尔物理学奖授予美国加利福尼亚州斯坦福直线加速器中心的里克特（BurtonRichter）和美国马萨诸塞州坎伯利基麻省理工学院的丁肇中（Samuelg），以表彰他们在发现一种新型的重的基本粒子中所作的先驱性工作。

粒子物理学的发端可以从1932年正电子的发现说起，到了50年代，陆续发现了反质子、π介子、反A粒子等等三十多种新粒子，其中稳定的有七种。寿命大多长于10~16秒。后来又发现了许多寿命更短的粒子，这些粒子也叫作强子共振态，是通过强相互作用衰变的。盖尔曼的夸克模型理论，解释了这些强子共振态，其预言的Ω粒子又被实验证实。这时粒子物理学似乎已经达到了顶峰，没有什么事情可做了。然而，正是在这一短暂的沉静时期，1974年同时有两个实验小组，宣布发现了一种寿命特别长，质量特别大的粒子。

这项发现的宣布，打破了沉闷的空气，使物理学家大为惊讶，推动粒子物理学迈向新的台阶。这项新的发现就是由里克特领导的SLAC-LBL合作组所发现的ψ粒子和由丁肇中领导的MIT小组所发现的J粒子。人们统称之为J山粒子。SLAC是斯坦福直线加速器中心的简称，LBL是劳伦斯伯克利实验室的简称。两家共同组成一个合作组，为SLAC正负电子对撞机（SPEAR）配制了一台取名为MarkI的磁探测器，目的是探测4GeV的正负电子束对撞后生成的新粒子，探测

范围可从2。4GeV直到4。8GeV。这是当时能量最高的电子对撞机。

1974年初，里克特小组发现在3。2GeV处截面反常，比邻近约高30%，当时并未引起注意。同年10月，又发现在3。1GeV处有一反常。后来还陆续有高出3~5倍的截面。这促使他们下决心把机器调回到3。1GeV附近进行精确测量，11月9日终于取得了在3。1GeV处存在狭共振的确切证据，并命名为ψ粒子。接着，又在3。7GeV处发现了ψ粒子的姐妹态，ψ'粒子。

研究Ju粒子