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丁肇中

华裔诺贝尔奖得主丁肇中:一切都要做到“最精确可靠”

丁肇中(Samuel Chao Chung Ting )(1936年1月27日-),美国实验物理学家。祖籍山东省日照市涛雒,华裔美国人,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”。

 

生平简介

 

生平概述

 

丁肇中1936年1月27日生于美国密歇根州安娜堡,先后在重庆、南京和青岛上小学。1948年随父母去台湾,又在台中读了一年小学。1949年丁肇中先考入台北成功中学,次年入台湾建国中学,接受严格的教育,他的数学、物理和历史学习成绩优秀。1955年建国中学高中部毕业,考入成功大学机械工程系。1956年转到美国密歇根大学,在物理系和数学系学习,1960年获硕士学位,1962年获物理学博士学位。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(CERN)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。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。

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。

《大家:丁肇中》

 

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。2005年世界物理年活动日前在欧洲启动。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。

《丁肇中》

 

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。

《丁肇中传》

 

主要成就

 

发现J粒子,获得诺贝尔物理学奖

 

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(ρ,ω,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、ρ、ω、φ介子光生相位的测量和ρ、ω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)人们就把这种粒子叫作J/ψ粒子。J/ψ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种味的夸克来解释,而需要引进第四种夸克即粲夸克来解释。J/ψ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。

《丁肇中的成功之路》

 

量子电动力学

 

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τ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。

《丁肇中的科学道路》

 

热心培养高能物理人才

 

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(见黑格斯机制),并研究Z0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。

 

领导“阿拉法磁谱仪”实验探索反物质

 

1998年6月2日,美东部时间凌晨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。阿拉法磁谱仪将随航天飞机于本月12日返回地面。下一次将在2002年再一次进入太空,并在太空逗留3—5年,今年下半年将组建阿拉法太空站,第一批组件将于1998年11月20日首次进入太空。

《科学大师人生系列:丁肇中传》

 

趣闻轶事

 

不放过任一个难题

 

丁肇中的祖籍是山东省日照市。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,两上小时过去了……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。

《诺贝尔奖百年英杰:丁肇中》

 

决定当实验物理学家

 

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。

 

关心祖国科学发展

 

丁肇中虽然入了美国籍,但他深深地知道他的根在中国。为了祖国高能物理的发展,他不辞辛劳,远涉重洋,多次来大陆从事学术交流和参观访问,介绍国际高能物理的发展,努力促进国际物理学界同中国物理学家合作。在他亲自指导和无微不至地关怀下,从事研究的中国科学工作者有的已经在欧美获得了博士学位。他不仅为中国培养了一批实验物理的科研人才,而且还热心为祖国培养实验物理的研究生而努力奔波。现在他受聘出任中国科技大学名誉教授。丁肇中说:“四千年以来中国在人类自然发展史上有过很多重要贡献,今后一定能做出更大的贡献。我希望在自己能工作的时间内,为中国培养更多的人才。”

《诺贝尔奖得主的大学时代》

 

学术思想特点

 

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。

《通向J粒子的道路》

 

亲历的几个片段

 

丁肇中教授是世界著名的实验物理学家。他1936年1月27日生于美国,祖籍中国山东省,中学时代是在台湾度过。1960年丁肇中获硕士学位,1962年获博士学位。1963—1964年在欧洲核研究中心工作,1964 —1967年在美国哥伦比亚大学工作。1967年起任美国麻省理工学院物理系教授,1977年 当选为美国科学院院士。在1974年,丁肇中与美国科学家里希特各自独立地发现了J/ψ粒子。为此,他们共同获得了1976年诺贝尔物理学奖。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。

《寻找带色的雨滴:丁肇中的科学风采》

 

测量电子的半径

 

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,得出电子是没有的体积的结论。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”。

 

J粒子家族被发现

 

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。但他执著地求索,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,并近而发现了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”。

1岁的丁肇中在奶奶的怀抱里

 

胶子的发现

 

第三个片段是胶子的发现的实验。在物理学中,理论上认为夸克之间的力是胶子传递的。如果胶子是存在的,那么在高能正负电子对撞的实验中就会出现三个喷注的现象。如果胶子不存在,那么在高能正负电子对撞的实验上就不会出现三个喷注的现象,只会有二个喷注现象。在实验中,丁肇中果然发现了三个喷注的现象,这证明了胶子的存在。丁肇中根据这个“故事”告诫年轻科学家们,“做实验物理要对意外的现象有充分的准备”。

 

西欧核子中心

 

第四个片段是在过去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到: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。

4岁的丁肇中与父母和弟妹在重庆大学留影

 

国际空间站

 

第五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,将在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。

1960年,丁肇中在密歇根娶了个“洋太太”露易丝·凯利

 

自传

 

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。

 

我生於1936年1月27日在美国密西根州安娜堡,是家中三个小孩中的长子,父亲丁观海是一位工程学教授,母亲王隽英是一位心理学教授。我的父母希望我出生在中国,但当我父母正在访问美国的时候我提早出世了,因为这个意外的出生我成为了美国公民。我出生的两个月后我们一家人回到了中国。由於战时条件,我没有接受过传统的教育直到12岁。

1976年,丁肇中教授和他的女儿们在诺贝尔奖颁奖典礼上

 

1936年

 

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,一个象波士顿这样的城市,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。”

1984年8月,邓小平会见诺贝尔奖金获得者美籍物理学家丁肇中

 

1974年

 

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

 

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迄今十年来,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。”

1994年丁教授第一次来到母亲的故乡省亲

 

三个“不知道”

 

来历

 

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未来确定是怎么回事。简短而平实的几句话,赢得了全场热烈的掌声,经久不息。

1994年丁肇中教授在山东大学

 

典故

 

无独有偶,《庄子·齐物论》也记载了一个三问而三不知的故事:“啮缺问乎王倪曰:‘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:‘吾恶乎知之!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,也不愿意教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,为世界制造些噪音。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。

1994年丁肇中教授在山东大学

 

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,又一笔一划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·丁是丁肇中惟一的儿子,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:“Your root is here.(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。”

2005年丁教授第二次来到母亲的故乡省亲

 

补充:有关丁氏兄妹几个的名字的轶事

 

央视《大家》曲向东采访丁肇中的两侧趣闻:

 

片段1:

 

曲向东:我看到一些材料介绍说您兄弟三个,您是丁肇中,您的二弟弟叫丁肇华,三弟弟叫丁肇民

丁肇中:不,我三妹,丁肇民。

曲向东:那再有一个就该叫丁肇族了?

丁肇中:不,应该叫丁肇国, ( 连起来是:中华民国)

主持人一脸“尴尬”。接着问您父母给你们起名字时为什么会这么深地刻上了中国的烙印?

丁肇中:因为我母亲的父亲很早参加革命,参加孙中山领导的同盟会。在山东诸城,外祖父把全家的东西都卖了参加起义。后来因革命被砍了头。我母亲小的时候,那个时候中国社会还比较封建,认为一个女人带着一个小女孩,应该在家里种田。但我外祖母说我只有这么一个女儿,应该让她受教育,所以就离开了家乡,让我的母亲受教育得到培养。我母亲后来为了纪念她的父亲,就给我们起名叫丁肇中、丁肇华、丁肇民,可惜只有三个孩子。

大师风采——丁肇中教授

 

片段2:

 

丁肇中:中国历史我常常考满分。

曲向东:为什么没有选择历史?

丁肇中:因为我有一种感觉,很难找到真理,因为中国历朝历代一换朝,第一件事情就是修改历史。

大师风采——丁肇中教授

 

J/ψ粒子发现的介绍

 

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(Burton Richter,1931—)和美国马萨诸塞州坎伯利基麻省理工学院的丁肇中(SamuelC.C.Ting,1936—),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Λ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,这些粒子也叫做强子共振态,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/ψ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处截面比①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。

里克特1931年3月22日出生于纽约。1948年进入麻省理工学院,大三时曾参加正电子素实验,开始接触到电子-正电子系统。大学的毕业论文题为“氢的二次塞曼效应”,成绩优异。研究生期间,里克特测量了水银同位素位移及其超精细结构。他在工作中要用到回旋加速器,让短寿命的Hg197同位素和氚核束轰击金。因此更加激发了对核物理和粒子物理以及所使用的加速器的兴趣。他的博士论文题目是“由氢光生π介子”。然后他在斯坦福高能物理实验室找到工作。他在这里和同事们合作,建造了一台碰撞束机器,并于1965年开始实验,结果使量子电动力学的适用性延展至小于10-11cm。

丁麟年会试卷

在这之前,里克特就在考虑高能电子-正电子碰撞束机器能用来做些什么。他特别想研究强相互作用粒子的结构。1963年里克特来到SLAC,在SLAC主任潘诺夫斯基的鼓励下,里克特组织了一个小组制定高能电子-正电子机器的最后设计。1964年完成了初步设计,1965年向美国原子能委员会提交了一份经费申请报告,当然这只是申请经费的漫长过程的第一步,以后还为之作过多次奋斗,直到1970年才得到经费。在这期间,他和小组成员又做了其它实验,设计并制造了大型磁谱仪的整套装置的一部分,并利用它进行了一系列π介子和K介子的光生实验。里克特为了以后制作存储环作准备,下了很大力气以求保住已经成立的小组。有了经费之后,工程立即上马,着手制作大型磁探测器。1973年开始做实验,终于得到了满意的成果。

如果说里克特和他的小组是以他们的执著追求精神取得了引人注目的成绩,那么,丁肇中和他的小组更是以其严谨踏实、一丝不苟的作风得到了科学上的回报。

丁肇中是华裔美籍科学家,1936年1月27日出生于美国密歇根州安亚柏市,父亲丁观海是工程学教授,母亲王隽英是心理学教授,他们在访美期间,生下了丁肇中,于是丁肇中从小就成了美国公民。出生后两个月,与母亲一起回到中国。由于战争的原因,直到十二岁才受到传统的教育。1956年丁肇中得奖学金入美国密歇根大学,三年后获得了数学和物理学位,1962年获得物理博士学位。关于丁肇中的经历,请读他的自述:

丁履德大学成绩单

“当我20岁时,我决定到美国去接受较好的教育,我父母的朋友、密执安大学工程学院的院长G.G.布朗,告诉我父母他很欢迎我去那儿,并到他家住宿。当时我只懂一点儿英语,而且对在美国的生活费用毫不了解,在中国,我通过看书了解到美国许多学生是通过自己劳动挣钱进入大学的,于是,我对父母说我也要这么做。1956年9月6日,我到达了美国底特律机场,身边带了100美元,当时好像已很富裕了。我感到有些害怕,因我不认识任何人,而且通信也很困难。”

“由于我是靠得奖学金入学的,故我不得不努力学习以继续取得奖学金。我在三年内使自己在密执安大学获得了数学和物理学位,在1962年,在琼斯和泊尔博士指导下获得物理学博士学位。”

“我作为一个福特基金会的研究员到了欧洲核子研究中心(CERN)。在那儿我很荣幸能跟柯可尼教授一起搞质子同步加速器,从他那儿学到许多物理知识。他能以简单的方法对待一个复杂的问题,做实验相当仔细,这些都给我留下了深刻的印象。”

“1965年春天,我回到美国,在哥伦比亚大学任教。在那些年月里,哥伦比亚大学的物理系是一个很有刺激性的地方,我有机会观察到如:莱德曼、李政道、拉比、施瓦茨、斯坦博格、吴健雄以及其他教授的工作。他们在物理学上都具有各自的风格和相当突出的鉴别力。我在哥伦比亚短暂的几年,收益很大。”

丁惟汾

“在我到达哥伦比亚大学的第二年,在坎伯利基电子加速器上进行一项由光子同核靶碰撞产生电子正电子对的实验。看来好像有点违反量子电动力学。于是我仔细地研究了该项实验,决定重做一次。我与搞西德电子同步加速器的韦伯教授和杰茨凯商量是否可在汉堡进行正负电子对产生的实验。他们都很热情地鼓励我马上就开始实验,1966年3月,我离开了哥伦比亚大学到汉堡去进行这个实验。自那时起,我以全部精力投入到电子对及μ介子对物理、研究量子电动力学和类光粒子的产生和衰变、寻找能衰变成电子对或μ介子对的新粒子。这类实验的特点是需要高强度入射通量,需要绝对排除大量不需要的背景条件,同时又需要质量分辨率高的探测器。”

“为了寻找较大质量的新粒子,我于1972年带了实验小组回到了美国,在布鲁克海文国立实验室进行实验。1974年秋,我们发现了一种新的、完全出乎意料的重粒子——J粒子的证据。自那以后,找到了整族新粒子。”

关于电子-正电子实验的缘起,丁肇中在领诺贝尔奖的演说词中作了如下说明:

“1957年夏天,我是纽约暑期班的学生,偶然得到了赫兹堡的经典著作《原子光谱和原子结构》(1937年),从书中我第一次了解到光量子的概念和它在原子物理学中的作用,大学毕业前夕,我收到父亲送给我的圣诞礼物:阿希耶泽和贝律茨基合著的《量子电动力学》(1957年)一书的英译本。在密执安大学学习期间,我仔细读了这本书,并自己推导了书中的某些公式,后来我在哥伦比亚大学任教的年代,很有兴趣地读了特雷尔1958年的一篇论文。他指出用高能电子加速器在短距离上对量子电动力学(QED)所做的各种检验的含义。对于怎样把某一类费因曼图从3μ介子的μ介子产生中分离出来,我同布洛茨基合作进行了理论计算。”

丁肇中,摄於2010年10月在甘迺迪太空中心简报之后

为此丁肇中和布洛茨基联名于1966年发表了一篇论文。

1965年10月,丁肇中受德国汉堡德意志电子同步加速器研究中心(DESY)主任詹希克的邀请,做了e+e-对产生的第一个实验。他和他的小组使用的探测器具有如下特性:

1.能利用负载循环2%~3%的10-11/s的入射光子流;

2.接受度很大,不被磁铁的边缘或屏蔽物所限制,仅受闪烁计数器决定;

3.所有的计数器并不直接面对靶体;

4.为了排除强子对,切连科夫计数器为磁铁所分隔,使π介子与第一对计数器中的气体辐射源相互作用而放出的电子被磁铁排除,不进入第二对计数器。从第二对计数器放出的低能电子则被簇射计数器排除。

这个实验的结果表示出量子电动力学正确地描述了粒子对产生过程直到10-14cm。然后,丁肇中小组转动谱仪的磁铁,使最大的粒子对质量接受区的中心在750MeV附近,他们观察到e+e-对的数量有很大的上升,明显地破坏QED。这种对QED的偏离,事实上是由强作用对e+e-产生的贡献增加而引起的。这时入射的光子产生重的类光粒子ρ介子,它再衰变为e+e-。它的衰变几率为α2的量级,为了证明情况确实是这样,他们做了另外一个实验,增加e+e-的张角,发现与QED的偏离更大。这是可以预计到的,因为当增加e+e-的张角时,QED过程比强作用过程减少得更快。

丁肇中

约为5MeV,因此丁肇中小组研制了一个质量分辨率约为5MeV的探测器。

丁肇中小组的成员们面对的是极其单调的测量工作,可是这不是一般的测量,请继续听丁肇中教授的回忆:

“在有些测量中,事件率低,特别在研究大于ρ和ω介子质量范围的e+e-质谱的实验里,当加速器全负载时,e+e-对的产额约为每天一个事件。这就是说,整个实验室大约有半年光景一直专门只做这个实验,每天一个事件的事件率还意味着,往往2、3天没有事件,而在另外的日子里我们却得到2、3个事件。正是在这个实验的过程中,我们形成了每30分钟把全部电压检查一遍和每24小时通过测量QED产额来校准一次谱仪的传统。为了确保探测器工作稳定,我们还建立了物理学家跟班的惯例,甚至当加速器关机维修时也跟班,我们还从不切断电源。这样做的最终效果是,我们的计数室多年来有着与实验室的其它部分不同的基础体制。”

“我们经过多年的工作后,学会了怎样操纵具有负载循环2%~3%,每秒约1011γ的高强度粒子束。同时采用具有大的质量接受度和好的质量分辨率△M≈5MeV的探测器,它能以>>108的倍数将ππ从e+e-中辨别出来。”

“我们现在可以提出一个简单的问题:有多少重光子存在?它们的性质怎样?对我来说,不能想像只有三种重光子,而且它们的质量都是1GeV左右,为了解答这些问题,我同小组成员反复讨论了怎样进行实验。最后我决定1971年在布洛克海文国立实验室的30GeV质子加速器上首先做一个大型实验,把探测质量提高到5GeV,探测重光子的e+e-衰变来寻找更多的重光子。”

丁肇中:“爱祖国 爱科学 双爱双荣”

在诺贝尔奖演说词中,丁肇中这样形容准备阶段的工作:

“在建造我们的谱仪过程,及整个实验过程中,我受到很多的批评。问题在于为了达到良好的分辨率,必须要造一个非常昂贵的谱仪。一位有名望的物理学家批评说:这种谱仪只适用于寻找窄共振——但并不存在窄共振。尽管这样,我还是决定按我们原来的设计创造,因为我一般不太相信理论论证。”

“1974年4月我们完成了实验的布置工作,并开始引入强大的质子束流到实验区。我们立刻发现,我们计数室里的辐射强度达每小时0.2伦琴。这就是说,我们的物理学家24小时内将要受到最大允许的辐射年剂量。我们花了二、三个星期艰苦地寻找原因,大家为能否继续进行这项实验而担忧。”

“一天,自1966年以来一直同我共事的贝克尔博士带着盖革计数器在踱步时,突然发现,辐射的大部分来自屏蔽区的一个特定的地方。经过仔细研究后,发现即使我们已经用了10000吨混凝土屏蔽块,但最重要的区域——束流制动器的顶部——却仍然根本没有被屏蔽!经此纠正之后,辐射强度降到了一个安全值,这样我们就可以进行实验了。

丁肇中:不要盲从专家要相信自己

“从4月到8月,我们做了例行的调节工作,探测器工作性能符合设计要求。我们能够利用每秒1012个质子,小型电子对谱仪也工作正常,这使我们能用纯电子束来校正探测器。”

经过严格认真的反复核对,奇迹终于出现了。丁肇中回忆说:

“1974年初夏,我们在4Gev~5GeV的大质量区域里测定了一些数据。然而,对这些数据所做的分析表明,只存在极少的电子-正电子对。”

“在8月底,我们调整了磁铁使它能接受2.5GeV~4GeV的有效质量。我们立即看到了干净的、真正的电子对。”

“最令人惊奇的是,大部分e+e-对在3.1GeV处形成一个狭峰。更详细的分析表明,它的宽度小于5MeV。”

经过多方核对后,丁肇中小组确认他们发现了一个当时质量最大的新粒子。后来得知,里克特小组也发现了这一粒子。他们的实验各有特点。里克特小组是让e+e-对湮没以形成矢量介子,是一种形成实验,而丁肇中小组是利用质子束轰击铍靶,产生矢量介子,然后测量矢量介子的衰变产物,则是一种产生实验。里克特小组和丁肇中小组用不同的设备、经不同的反应过程几乎同时地发现了同一粒子,使物理学界大为惊喜。他们的发现把高能物理学带到了新的境界,因此,两年后里克特和丁肇中就分获诺贝尔物理学奖。

J/ψ粒子 J/psi particle 由魅夸克和反魅夸克组成的一类介子。其质量为3.1 GeV/c2

2003年7月30日,中国科学院高能物理研究所在新闻通报会上宣布,北京谱仪国际合作组最近发现了一个新粒子。北京谱仪合作组是由高能物理研究所和国内17所大学和研究机构及美国、日本、韩国和英国的物理学家和研究生组成的。

丁肇中:实验科学是所有自然科学的基础

这个新粒子是该合作组通过分析5800万J/ψ粒子衰变的事例数据,在分析粲粒子辐射衰变到正反质子的过程中发现的。这项研究成果的论文已在世界最具权威和最有影响的期刊《物理学评论快报》(2003年7月)上发表。

这次发现新粒子的消息顿时引起了各方的广泛关注。人们都很想知道这是一种什么样的粒子?这一新发现有何物理意义?这是不是又是一个突破性的成就?要想回答这些问题,就需要了解一些粒子物理学的有关知识。

人们最初是按粒子的质量大小将它们分为三类,并给每类一个统称。质量大的叫做重子,例如质子和中子;质量小的叫做轻子,例如电子和几乎无质量的中微子;大小介于两者之间的叫做介子,例如π介子。后来根据重子和介子都受强力支配的这一性质,把它们统称为强子。早期有些物理学家猜测介子由质子和反质子束缚态组成,但被后来夸克模型代替。1964年盖尔曼等人提出了关于强子结构的夸克模型。在夸克模型中,重子由三个夸克组成,而介子则由正反两个夸克组成。在初期提出的夸克模型中,只有u、d、s三种夸克。1974年,J/ψ粒子被丁肇中教授和里克特教授各自独立发现后,三种夸克的理论无法解释这种长寿命的介子,因此引入第四种夸克,即粲夸克c,而J/ψ粒子是由一个粲夸克(c)和一个反粲夸克组成的。这以后又引入了第五种夸克底夸克b和第六种夸克顶夸克t。到1995年为止,理论上预言的6种夸克都被实验发现了。

丁肇中:最前沿的科学需要百分之百投入奉献一生

J/ψ粒子在正负电子对撞中产额很高,J/ψ粒子的衰变是研究强子谱和寻找新粒子的理想途径。北京谱仪获取的5800万J/ψ粒子事例比国际上其他同类实验数据约高一个量级,为物理分析创造了良好的基础。这个新粒子的寿命非常短,因此也被称为共振态。所谓共振态,是一种不稳定的强子,它带有强子的诸如自旋、宇称、同位旋等各种量子数。共振态粒子一般都是通过强力衰变,因而寿命很短,大约10-20—10-24秒。根据量子力学能量和时间的不确定原理,不稳定粒子没有确定的质量,其不确定程度称为宽度(9),与粒子的寿命(τ)成反比(9=η/τ)。共振态粒子的宽度可以高达几百M eV,因而说新发现的粒子宽度很窄。尽管这个新发现的共振态的质量略小于质子与反质子的质量之和,正是由于共振态粒子的质量有一定的宽度,使得这个共振态仍有少量粒子的质量大于质子与反质子的质量之和,而衰变成质子与反质子。粒子物理实验研究在若干粒子的衰变中已观察到类似的现象。这次新发现的消息刚刚传出,欧洲核子研究中心著名的理论物理学家埃利斯(J.Ellis)就在一篇论国际最新进展的文章中评价说:“这一发现和世界上其他新的实验结果是令人惊异的,对发展强相互作用理论有着重要意义。”诺贝尔物理学奖获得者李政道教授也致信高能所表示祝贺,信中评价说:“这是一个十分重要的成果,也是物理学上很有意义的工作。”?

丁肇中

寻找多夸克态一直是国际高能物理实验的重要目标。在实验上早期发现的数百个介子共振态和重子共振态中,都没有多夸克态的确凿证据。最近,国际上有几个实验组在进行这方面的探索,取得了显著进展。而北京正负电子对撞机上的实验,新发现的粒子由于特有的性质,尤其是很窄的宽度而很难归结为通常的夸克—反夸克结合态,因而被推测为可能是一种多夸克态。有些物理学家认为,所发现的共振态粒子可能是重子反重子束缚态(多夸克态的一种)。

广泛和密切的国际合作是高能物理研究基本特点。北京正负电子对撞机从设计之日起,就一直得到国际高能物理界,特别是李政道教授的大力支持。二十多年来,中国科学院和美国能源部每年都举行会谈,重点讨论双方在北京正负电子对撞机和北京谱仪的合作。国家自然科学基金委员会对北京谱仪的研究工作也一直给予大力支持。北京正负电子对撞机和北京谱仪在1999年初完成了升级改造后,整体综合性能大幅度提高,每天获取的数据量是改造前的3—4倍,数据的质量良好。北京谱仪国际合作组对这些数据进行了深入细致的分析和研究,此次发现新粒子是这批数据的重大物理成果之一。

丁肇中

北京正负电子对撞机和北京谱仪运行在20亿—50亿电子伏特的能量区域,尽管在世界上这个能量不是很高,但属于国际高能物理实验研究两大前沿之一的精确测量前沿,具有重大的物理意义,不断出现新的重大成果,成为国际高能物理研究的一个新热点,竞争十分激烈。国家有关部门已经批准对北京正负电子对撞机和北京谱仪进行重大改造,预期加速器提供的数据量将提高两个数量级,探测器的性能也将大幅度提高。这个重大改造完成后,北京正负电子对撞机将能继续保持在粲夸克物理和强子谱等研究领域的国际领先地位。

新的发现,也是新的挑战。高能所的科学家表示:目前我们的研究结果只是确定了这个新粒子的存在,要最终明确这个新粒子的基本性质和物理意义,还要北京谱仪合作组的中外科学家进一步做大量的深入细致的数据分析工作,更需要与国内外的理论物理学家密切配合,认真研究,也可能需要更大量的数据才能最终回答这些问题。

 

资料链接

 

令人无奈又着迷的未知新粒子

丁肇中

中美科学家日前在北京正负电子对撞机上首次发现一个新粒子。中科院高能所负责人说,各种分析研究已经确认这是一个新的粒子,而且可能是几十年前由科学家费米和杨振宁预言的多夸克态粒子。目前,中外物理学家正对这个新粒子的性质和衰变特性从理论和实验上做更深入的研究和讨论。

北京时间7月1日消息,粒子物理标准模型中一种最难以琢磨的粒子再次逃脱了人们的视线,这或者说明希格斯粒子(Higgsboson)受到了压制,或者证明这种粒子根本不存在。这对于理解为何我们身处的宇宙有团聚物是非常关键的一步,但是世界最权威的美国国家加速器实验室(Fermilab)的最新预测表明至少在未来的六年内这项研究难有结果。

北京时间7月3日消息,日本的物理学家已经发现了一种新的次原子粒子,它由5夸克组成而非通常情况下的2或3夸克。理论学家原先推测物质可能会由4个或者更多的夸克来组成,但是过去30多年所进行的实验表明很难印证这种推测。这项发现将刊登在7月4日发行的物理评论集中,势必将在粒子物理研究领域引发轰动效应,也会有助于加深人们对于早期宇宙的理解。

丁肇中

 

两朵迷人的“乌云”

 

现年69岁的丁肇中因发现构成物质的第四种基本粒子——J粒子,获得1976年诺贝尔物理学奖。颁奖仪式上,丁肇中用一口流利中文慷慨致词,这也是诺贝尔奖设立76年来,首次用汉语发表的获奖演说。这一刻,成为全球华人的骄傲。

海内外炎黄子孙不会忘记,2003年10月16日凌晨,中国第一艘载人飞船在太空航行21小时后顺利着陆。“我在中国长大,所以今天对我来说是美妙的一天。”当天下午,丁肇中在北京人民大会堂应邀做学术报告时说。

“中国发射载人飞船并成功回收,说明中国能够做到她所愿意做的任何事情。我向中国航天事业取得的杰出成就表示祝贺!”这一充满感情的开场白赢得了在场500多名中外科学家的热烈掌声。

自世界第一架飞机试飞成功以来,人类探索宇宙的历史至今已走过102年。10年前,一个雄心勃勃的计划酝酿而成:把磁谱仪放入太空进行粒子物理研究!提出这一设想的,丁肇中是开天辟地第一人。在他的领导下,美中等国共同研制出一个重达3吨的粒子探测器——阿尔法磁谱仪—01号(AMS-01),1998年6月2日搭乘美国“发现号”航天飞机,一声轰鸣升入太空,完成了十天运行。

科学探索的步伐不会停止。紧接着,丁肇中以统帅三军的大丈夫气魄,带领全球500名科学家、1000多名工程技术人员,紧锣密鼓着手AMS-01的改进工作,将它的主体——永磁铁更换为超导磁铁,改进后的仪器为AMS-02,计划2007年由美国航天飞机送入太空,安装到离地球4200多公里高空的国际空间站运行3至5年,以寻找宇宙中的反物质和暗物质。

丁肇中

浩瀚无边的宇宙是否存在这些物质?大爆炸学说认为,宇宙由大约150亿年前的一次大爆炸产生。随后,宇宙不断地膨胀和冷却,造就了人类居住的地球。根据粒子物理论,大爆炸应该产生相同数量的物质及反物质。物质组成了我们的世界,那么反物质在哪里?天文学家把宇宙中用光学方法看不到的物质称为暗物质,暗物质在宇宙中约占90%,究竟以何种形式存在?

这两大物理学难题恰似两朵迷人“乌云”,萦绕在丁肇中的脑海里,激发他的好奇心:反物质和暗物质只存在于理论,能否用实验证明?由于物质和反物质两者在大气中碰到一起会互相湮灭,因此,在地面上探测反物质是不可能的,途径只有一条,就是到太空进行实验。

CERN暨欧洲核子中心的航空照片

 

阿尔法磁谱仪

 

阿尔法磁谱仪(Alpha Magnetic Spectrometer)是一个计划安装于国际空间站上的粒子物理试验设备。其目的在于探测宇宙中的奇异物质,包括暗物质及反物质。 2009年11月初,诺贝尔物理学奖获得者丁肇中教授宣布,阿尔法磁谱仪将于2010年7月29日早上7点30分在美国肯尼迪空间中心搭乘奋进号航天飞机的STS-134航班升空,送到国际空间站,开始为期3年的探索之旅。2011年5月16日,阿尔法磁谱仪随“奋进”号航天飞机升空,中国科学家为磁谱仪倾注了大量心血,参与项目的国际同行对中国科学家的贡献给予高度评价。

 

基本简介

阿尔法磁谱仪

 

阿尔法磁谱仪(AMS02)是一个由美国麻省理工大学丁肇中教授构思建造的物理探测仪器。他所带领的高能物理团队将三十多年来粒子加速器所积攒下来的经验推向太空。阿尔法磁谱仪将依靠一个巨大的超导磁铁及六个超高精确度的探测器来完成它搜索的使命。

这个粒子物理的实验将在国际空间站(ISS)得主构架上被放置三年,远离大气层以保证不受干扰,并充分利用国际空间站上的系统来采集数据。原计划阿尔法磁谱仪由NASA的航天飞机送入太空。但由于航天飞机近年来事故的影响,使得发射时间一再推迟,一直到2011年5月16日,美国“奋进”号航天飞机携带着中国参与制造的阿尔法磁谱仪,从佛罗里达州肯尼迪航天中心发射升空,前往国际空间站。

整个探测器的机械结构的设计、制造和环境试验是由中国运载火箭技术研究院承担的,精度非常高,能达到航天飞机在起飞和着路时对机械结构强度的十分苛刻的要求。中国水利水电科学研究院承担了对机械结构强度的试验。

阿尔法磁谱仪

 

主体结构

 

自1995年6月至1997年7月,CALT的总体设计部完成了AMS主结构的方案设计、初步设计及技术设计,由211厂生产制造了两台阿尔法磁谱仪主结构。

主结构的主体系外径为1.3米,内径为1.15米,高0.8米的空心高强度铝制园柱体。永磁体呈条状插入主结构,其磁场强度高达1400高斯。主结构要求高精度,在生产及装配过程中严格控制偏差,以使其与航天飞机对接时不产生装配应力。

1996年4月第一台供地面试验的阿尔法磁谱仪主结构顺利完成生产,安装好永磁体后进行了振动试验及离心试验,试验一次通过,技术状态良好。

1997年3月完成了飞行件的生产。丁肇中教授携各国科学家10余人来CALT验收,对设计、生产质量表示满意。

1997年11月,美国国家宇航局NASA对阿尔法磁谱仪主结构进行了第二阶段的安全评审,评审委员会一致通过,并破先例地取消了第三阶段的安全评审。

1998年6月,安装了各种探测仪器的阿尔法磁谱仪在航天飞机上进行了为期10天的飞行,获得了大量的科学数据。

1998年12月由原航天总公司科技委对AMS主结构进行了技术鉴定,鉴定认为:阿尔法磁谱仪主结构的成功研制开创了中国航天技术进入国际高能粒子物理研究领域的先例,主结构在薄壳结构设计分析、制造工艺和地面试验方面达到了国际先进水平。

阿尔法磁谱仪

 

项目合作

 

阿尔法磁谱仪重达6700千克,中国多家单位参加了研制,其中,中国科学院高能物理研究所和中国运载火箭技术研究院与法国、意大利的两个单位合作,研制了阿尔法磁谱仪电磁量能器,能够测量能量高达TeV的电子和光子,是寻找暗物质的关键子探测器。参加阿尔法磁谱仪国际合作的中国单位还包括中国科学院电工研究所、上海交通大学、东南大学、山东大学、中山大学,以及中国台湾的“中央研究院”物理研究所、“中央大学”、中山科学研究院等。

安装在国际空间站上的阿尔法磁谱仪

 

永磁体系统

 

中国科学院电工研究所、中国科学院高能物理研究所和中国运载火箭技术研究院成功地研制出阿尔法磁谱仪最关键的永磁体系统,包括用高性能钕铁硼材料制成的永磁体和支撑整个磁谱仪的主结构。独特的魔环设计满足了空间实验对漏磁和磁二极矩的严格要求。

永磁体总重量约为2t,接收度为0.6m2·sr,磁偏转能力BL2为0.135T·m2,并在40℃以下不出现退磁。主结构采用双层薄壳系统,能经受永磁体强大的磁力和扭矩,以及起飞、着陆时的巨大载荷。永磁体系统通过了严格的空间环境模拟试验,满足了阿尔法磁谱仪的要求,并达到了美国宇航局严格的安全可靠标准。

阿尔法磁谱仪2曾尝试用超导磁体代替永磁体。尽管这种方法可以产生更强的磁场,但超导磁体需要液氦冷却,太空中无法补充液氦,这样磁谱仪寿命只有3年。而使用永磁体的磁谱仪的使用寿命长达18年至20年,所以专家们决定沿用永磁体。

丁肇中

 

物理试验

 

阿尔法磁谱仪是一个大型的粒子物理实验。它是在三十年来从数十个气球,飞船和地面探测实验得出来的宇宙射线知识的基础上建立的。理论物理学家预测并在对撞机中寻找的几种粒子有可能在宇宙射线中存在。实验则有可能探测到它们,并得到粒子和它们远方的天体来源的宝贵信息。

阿尔法磁谱仪将具体观测太空中高能辐射下的电子,正电子,质子,反质子与核子。这些探测结果有可能解答关于宇宙大爆炸一些重要的疑问,例如“为何宇宙大爆炸产出如此少的反物质?”或“何等物质构成了宇宙中看不见的质量?”

丁肇中

 

升空探索

 

2009年11月,丁肇中教授在日内瓦欧洲核子研究中心宣布,用于寻找宇宙中的反物质和暗物质的重要科学仪器阿尔法磁谱仪(AMS02)将于2010年7月29日早上7点30分(美国东部时间),在美国肯尼迪空间中心搭乘奋进号航天飞机的STS-134航班升空,送到国际空间站,开始为期3年的探索之旅。

但是出于安全考虑发射一再推迟,经历了多次推迟发射事件之后,阿尔法磁谱仪2终于在美国东部时间16日上午搭乘“奋进”号航天飞机升空。

按照航天局计划,“奋进”号完成最后一次飞行后退役,“亚特兰蒂斯”号也将于今年夏天完成“绝唱之旅”。届时,美国航天飞机全部退役,运行30多年的航天飞机项目将宣告终结。

阿尔法磁谱仪升空后,在短时间内获得的数据就可使阿尔法磁谱仪正电子能谱的测量范围和精度超过目前正在空中运行的PAMELA空间探测器(由意大利、俄罗斯联合研制),并有能力对空间电子能谱目前的几个测量结果作出判断。今后相当长的一段时期,阿尔法磁谱仪将作为最主要的空间粒子探测器之一,对重大的科学前沿课题进行探索,是意义重大的空间实验。

 

中国贡献

 

贡献项目

 

参与磁谱仪项目的中国大陆科研团队主要有8个,分别为中科院电工所、中国运载火箭技术研究院、山东大学、东南大学、中山大学、上海交通大学杨煜普小组、中科院高能所以及航空科学与技术国家实验室;来自中国台湾的团队主要有“中央研究院”、中山科学院等。他们的贡献各不相同,但都必不可少。

中科院电工所研制成功了磁谱仪的核心部件——磁体系统。该磁体具有对高能粒子吸收作用小的特点,实现磁体与地磁无相互作用的力矩,极大降低了对空间飞行器的影响,解决了几十年来不能将较强磁场磁体送入外层空间运行的世界技术难题。

中国运载火箭技术研究院承担了磁谱仪量能器结构的研制工作,并在磁谱仪探测器的建造过程中发挥了重要作用。该院设计的磁体主结构在1998年曾搭乘航天飞机进行了为期10天的空间工作,在地面存放10多年后仍保持良好的性能,并继续用作阿尔法磁谱仪2的磁体主结构。

磁谱仪对热环境的要求极其苛刻,各探测器的性能也与温度有关,热系统的研制水平及质量直接决定着磁谱仪的工作状态、运行寿命及实验可靠性。在热系统的研究和设计过程中,国家973计划首席科学家程林教授领导的山东大学团队提出了不同结构形式的散热元件,保证了系统的高效散热及温度场的均匀和稳定,解决了磁谱仪在国际空间站运行的关键问题。

东南大学在项目中主要承担了3项任务——建立磁谱仪实验系统、反物质探测系统和地面数据处理系统。

中国台湾的中山科学院也完成了“不可能的任务”——为项目设计出了运行速度比美国航天局现行系统快10倍的电子控制系统……

丁肇中

 

世界赞誉

 

中国科学家为磁谱仪项目所作贡献得到了项目首席科学家丁肇中、项目组以及其他国家科学家的广泛赞誉。

丁肇中曾对记者表示:“中国科学家为磁谱仪实验作出了决定性贡献。”

美国航天局专家肯·鲍尔曾在验收产品后对其上司说:“如果你们要找一家能够设计和制造一流航天产品的机构的话,那我告诉你,中国有个运载火箭技术研究院,他们有能力完成这个任务。”

山东大学在磁谱仪项目所有参与机构中第一个完成任务,得到了美国航天局的高度评价。项目组在致山东省科技厅的项目鉴定意见中写道:“您将会高兴地获知整个项目组对山东大学工作最高程度的认可。事实上,正是山东大学的工作让这个实验真正成为可能。”

硅微条轨迹探测器热控系统在欧洲航天局进行的热真空测试中表现出超乎寻常的温度稳定性。项目组对热控系统的评价是:“没有硅微条轨迹探测器热控系统就没有阿尔法磁谱仪实验”。

磁谱仪项目首席工程师、意大利人戈达多·加吉奥洛告诉记者,中国科学家为项目作出了“巨大贡献”,“我与中国科学家的合作非常愉快”。

美国麻省理工学院核科学实验室主任理查德·米尔纳也认为,中国科学家对项目的贡献是“决定性的”。

丁肇中

 

争议

 

“奋进”号航天飞机开始其最后一次飞行任务,这当然是一个让中国科技界和媒体非常关注的事件。 然而,让人意想不到的是,采访“奋进”号发射的中国媒体记者竟然由于一个新出炉的“沃尔夫条款”而被拒之门外,美国航天局取消了已允诺给予中国记者的采访通行证。

今年4月15日,美国总统奥巴马签署了2011财年开支法案,其中有一项不起眼的条款,规定禁止美中两国之间任何与美国航天局有关或由白宫科技政策办公室协调的联合科研活动,甚至还禁止美国航天局所有设施接待“中国官方访问者”。这一条款出自于美国众议院拨款委员会商业、司法、科学及相关机构小组委员会主席弗兰克 沃尔夫之手。

于是,当“奋进”号载着中国科学家付出心血的阿尔法磁谱仪奔向太空时,中国记者居然不能像其他国家的记者一样,到现场观看航天飞机升空,也不能参加航天局举行的新闻发布会。

丁肇中10岁时穿着照相馆的飞行服与父亲合影,但他光辉灿烂的事业却是在科学界

 

阿尔法磁谱仪2型

 

2009年11月,丁肇中教授在日内瓦欧洲核子研究中心宣布,用于寻找宇宙中的反物质和暗物质的重要科学仪器阿尔法磁谱仪2(AMS02)将于2010年7月29日早上7点30分(美国东部时间),在美国肯尼迪空间中心搭乘奋进号航天飞机的STS-134航班升空,送到国际空间站,开始为期3年的探索之旅。。“阿尔法磁谱仪2”原计划于2004年由美国航天飞机送入太空,但其行程因2003年“哥伦比亚”号失事被一拖再拖。在此期间,以丁肇中为首的科学家对阿尔法磁谱仪2型进行了不断改进,其中曾尝试用超导磁体代替永磁体,但最终经模拟空间测试仍决定使用永磁体。目前“阿尔法磁谱仪2”采用的永磁体就是1998年阿尔法磁谱仪1型太空实验时使用的,是由中科院电工研究所等制造的。

据悉,阿尔法磁谱仪现已组装完毕,即将在欧洲核子研究中心进行束流测试,然后运到欧洲航天局在荷兰的欧洲空间技术和研究中心(ESTEC)的环境试验中心进行热真空实验。2010年初,阿尔法磁谱仪将被运到美国肯尼迪空间中心与航天飞机对接。

阿尔法磁谱仪升空后,在短时间内获得的数据就可使阿尔法磁谱仪正电子能谱的测量范围和精度超过目前正在空中运行的PAMELA空间探测器(由意大利、俄罗斯联合研制),并有能力对空间电子能谱目前的几个测量结果作出判断。今后相当长的一段时期,阿尔法磁谱仪将作为最主要的空间粒子探测器之一,对重大的科学前沿课题进行探索,是意义重大的空间实验。

这一项目投入达20亿美元,研究人员来自美、欧、亚三大洲16个国家和地区的56个研究机构,其中包括中科院电工研究所、高能物理所、山东大学、东南大学、中山大学等。它被认为是继人类基因组计划、国际空间站计划和强子对撞机计划之后的又一个大型国际科技合作项目。

丁肇中

 

华人诺贝尔物理学奖得主——丁肇中

 

丁肇中(1936年1月27日-),知名物理学家、华裔美国人、籍贯山东省日照市,现任美国麻省理工学院教授,曾获得1976年诺贝尔物理学奖。他曾发现一种新的次原子粒子,并把那种新粒子命名为「J粒子」。

经历丁肇中出生在美国密西根州的安娜堡,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分。在出生的两个月后丁肇中随父母回到中华民国。由於中国那时处於战乱时期,丁肇中童年没有接受到传统的教育直到他12岁,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,丁肇中考进台南市国立成功大学机械工程系。1956年,由於其中一个科目被当,心有不满的他前往美国密西根大学修习工程学、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。

1974年,丁肇中与美国加州史丹福大学教授伯顿·里克特几乎同时各自发现新的基本粒子-J/ψ基本粒子。1976年,两位教授因此获得诺贝尔物理学奖及美国政府的劳伦斯奖。他是首次用中文在颁奖典礼发表自己的演讲。在演讲中,他强调了实验工作和理论工作同样重要。

丁肇中

 

J粒子的命名

 

曾经流传一种说法,因为他自己中文姓氏「丁」和英文字母「J」类似,所以命名为J粒子,其实这是一个美丽的误会。 真正的意思「J」在量子力学上代表电流、光,而J粒子和光、电有密切的关系,所以就命名为J粒子。

 

家庭

 

丁肇中的父亲丁观海早年毕业於交通大学,后担任国立台湾大学工程学教授。母亲王隽英是心理学教授。

丁肇中是家中长子,有一弟一妹,分别取名为丁肇华及丁肇民。丁肇中接受中国中央电视台采访时,在被问到如果有第四个兄弟姊妹,是否取名为「族」时,他爽快说:「不,叫丁肇国,因为没有这个国,所以就到台湾去了!」取名「中华民国」是要纪念为中华民国起义而殉国的外祖父。

丁肇中和他的第一位妻子凯伊·库尼(Kay Kuhne)於1960年结婚,并有二个女儿:珍妮(Jeanne)和艾美(Amy)。1985年他与苏珊·卡洛·马克思 (Susan Carol Marks)博士结婚,1986年生下儿子克里斯多福(Christopher)。

 

台湾故居

 

丁肇中在台湾的故居(台北市大安区泰顺街33巷4号))已依文化资产保护法被台北市政府指定为历史建筑,名称为「国立台湾大学日式宿舍-丁观海、丁肇中寓所」(1928年台北帝国大学在新生南路与罗斯福路一带设校,在温州街台大教职员宿舍群),为丁肇中青少年时期与其父台大教授丁观海的住处。

丁肇中

 

丁肇中:不要盲从专家要相信自己

 

9月28日下午,蜚声全球的物理学家、诺贝尔奖获得者丁肇中教授做客兰州大学,在一场题为《我所经历的物理实验》的报告会中,丁教授以其大科学家儒雅谦逊的风范、风趣幽默的谈吐给师生们留下了深刻的印象。在回答兰大学生的提问时,丁教授预言:“随着中国社会、经济、科技的飞速发展,有1/4的诺贝尔奖应该是中国人的。”

28日下午3时10分,在兰大校长周绪红等校领导的陪同下,当丁教授出现在报告厅时,场内响起热烈的掌声。

 

不要盲从专家要相信自己

 

“我是学实验物理的,实验是自然科学的基础,理论如果没有实验的证明是没有意义的。当实验推翻了理论以后,才可能创建新的理论,理论是不可能推翻实验的。”简短的几句开场白后,丁教授直奔主题:“我今天向大家报告的题目是‘我所经历的实验物理’,以及我的五个体会。”

“从第一个实验——测量电子的半径,到第二个实验——新粒子价值的发现,直到最后一个实验——国际空间站上的AMS实验。”丁教授用1个小时介绍了他的主要物理实验,以及他个人的体会:不要盲从专家、要对自己有信心;做科学研究对意料之外的现象要有充分的准备;主持国际科学合作要选科学上最重要的题目;自然科学的研究是具有竞争性的,只有第一,没有人知道谁是第二个发现相对论的。报告中,丁教授还特别介绍了他目前从事的国际空间站上的AMS实验。他说,这个实验是国际空间站唯一的大型科学实验,也是第一个送入太空的磁谱仪,包括上海交大、中山大学等多所高校以及中科院电工所、航天部一院等研究机构都参加了这个实验。

丁肇中

 

中国人能拿1/4诺奖

 

报告会结束后,丁教授还回答了几位兰大学子的提问。有学生问:“您预测一下,中国科学家什么时间拿诺贝尔奖?”丁教授回答说:“随着中国社会、经济、科技的飞速发展,有1/4的诺贝尔奖应该是中国人的,至于什么时间可以拿到这个奖,我真的不知道。”还有学生问:“您对您从事的物理实验没有犹豫过吗?”丁教授的回答铿锵有力:“从没犹豫过!”还有学生问:“如果让您挑选研究生,您注重的是什么?”丁教授说:“我并不看重学生的成绩,我只要问学生几个问题,就会了解学生的思路,尽管不看重成绩,但我对我的研究生有很严格的规定,一是用两年时间完成从大学到博士的学业;二是论文不超过40页。”

丁肇中

 

丁肇中讲述的五个故事

 

今年5月,著名的美籍华裔物理学家丁肇中邀请新上任的外交学院院长吴建民(原驻法大使)到他家里做客,吴院长向丁教授提了一个要求,请丁教授到外交学院讲课。丁教授欣然同意了。

外交学院为什么要请著名的物理学家丁肇中教授讲课呢?吴院长说:“道理很简单,优秀的外交官是通才,而不是专才,是杂家,懂的世界很广,特别是对科学的理念要有一定的认识。”丁教授所要讲的是对过去30年物理研究的回顾。他现在正在国际太空站搞一个实验,就是ams(alphamagneticspectrometer阿尔法磁谱仪),研究有没有反物质。吴院长曾问过他一个问题:“你怎么想起这个点子的——反物质?”他说:“我是在家里散步的时候想出来的。”他家里有个小树林,他经常在那里散步。演讲前,吴院长问教授,“你怎么把一个非常复杂的问题用简单的话给大家讲清楚?”教授回答说:“真理总是很简单的。”

我非常高兴到这里来介绍我做什么:我是花钱最多、经济效益最少的人。我说的事情就是“寻找宇宙中最基本的结构”。

在中国的古代对物质基本结构有两种不同的看法,一种看法认为最基本的结构是粒子,粒子是可以数得出来的;另外一种认为宇宙中最基本的结构是连续性的。粒子的观念起源就是阳和阴。连续性观念是公元前600年道家创始人老子提出的。他认为最基本的东西是永远摸索不清的。在过去的两千年里,西方国家对基本粒子也有不同的看法。在两千年以前,西方认为土、气、水、火是最基本的东西。16世纪,认为最基本的东西除了土、气、水、火以外,还有水银、硫磺和盐,变成了七种。在一百年以前,所有的科学家都认为我们已经知道宇宙中最基本的东西就是化学元素,制定了所谓周期表。上世纪60年代,我们认为宇宙中最基本的东西是原子核,也有一百多个。到了60年代末期,我们认为宇宙中最基本的东西不是原子核,而是好几百个基本粒子。现在我们认为宇宙中最基本的东西是六种夸克和三个轻子。所以,第一个观念是:物理上的真理是随着时间而变的。

现在我向大家介绍一下我所经历的实验物理和我的体会。我向大家说五个故事。

 

做科学的人,不要盲从专家的结论。

 

第一个故事,就是测量电子的半径。

 

大家都知道电子是一百年前由英国人汤姆逊(joseph john thomson)发现的。电子是我们日常生活里面最重要的,我们每个人天天用的任何东西都是由电子传输而来的。电子的半径是多大?1948年,有一个电子理论称电子是没有半径的。1964年,哈佛大学和康奈尔大学的专家们证明电子的半径是10-13厘米。那时,我刚拿博士学位,觉得这个实验太重要了,所以我就决定重复这个实验。1966年我在德国用不同的方法重做了这个实验,发现电子的半径确实小到不可测量,这是我的结果。实验的结果和理论推测完全符合电子半径为零的理论。这是我的第一个实验。现在人们测量的结果是它的半径小于10-17厘米。我的第一点体会:对于一个做科学的人,不要盲从专家的结论。因为我没有做这个实验以前,另外几个实验都是由世界上最有名的专家所做的,但结果都是错的。

丁肇中博士与父亲丁观海和弟弟丁肇华

 

要对自己有信心,做你认为正确的事

 

第二个故事,发现新粒子。在60年代末期,人们对宇宙的观念是这样的:原子外面有电子,原子里面有原子核,原子打开有粒子,粒子打开有夸克。所以我的第二个故事就是讲新粒子家族的发现。到了70年代,已经知道的基本粒子已经有好几百个,都可以归结为由三种夸克所组成。我就问:为什么宇宙中间只有三种夸克?为了寻找新夸克,我决定建立一个高灵敏度的探测器。70年代初期,我设计了一个实验,目的是寻求新粒子组成,这个实验要求的精确度是非常高的。比方说,北京或者日内瓦下雨的时候,每秒钟有一百亿个雨点,假使有一个是红的,你要把这个红雨点找出来。这个实验不受物理学家的欢迎,因为学理论的人都说,所有已知的物理现象都可以用三种夸克解决,你这个实验是没有意义的。所以,他们认为世界上没有人能做出这样困难的实验。这个实验几乎被世界上每一个加速器实验室所拒绝。到了1974年,我们在美国纽约的布鲁克海文(brookhaven)实验室完成实验后,就发现了新粒子,发现新粒子后很快又有了新的发现。所以说有新的物质存在,这是由新的夸克组成的,因此只有三种夸克的观念是错误的。现在我们已经知道至少有六种不同的夸克。我的第二个体会就是:做基础研究,要对自己有信心,做你认为正确的事,不要因为大多数人的反对而改变。这可能是和外交不同的地方,因为科学的进步是多数服从少数,别人的意见是没有意义的。

丁肇中传:第一位用中文发表演说的诺贝尔获奖者

 

做科学,要对意料之外的现象有充分的准备。

 

第三个故事,是胶子的发现。大家还记得在中学念书的时候都学过,原子外面是电子,中间是原子核,电子和原子核中间的力量是由光来传输的。在70年代,我们知道,原子核里面有夸克,那夸克里面的力量是怎样传输的呢?理论上说是由胶子来传输的。实验的结果表明,胶子果然存在。这就很快、很简单地把一个很重要的物理现象发现了。所以,第三点体会:做科学,要对意料之外的现象有充分的准备。

丁肇中的父亲带两个儿子拍摄了全家福

 

善于进行国际合作。

 

第四个故事就是国际科学合作。我们知道宇宙是由类电子组成的,就是说有六种夸克和三种电子。第一个问题是:到底有多少电子?为什么只有三种?电子有多大?电子能不能分成更小的东西?到底有多少种夸克?夸克有多大?夸克能不能分成更小的粒子?为了做这个实验,过去20年里我一直在西欧核子中心工作。我们在实验室里制造宇宙诞生最初一千亿分之一秒的情况。这是一个国际合作,有韩国、中国(包括台湾)、印度、苏联、欧洲国家和美国等20多所大学、600余名科学家参加实验,有大概50个研究室。当时恰逢冷战,但仍是由美国、苏联、中国和欧洲国家参加的一个大型国际合作。实验开始的时候,只有15个国家,做到一半,苏联解体了,就变成了19个国家。经费的1/3来自美国,1/3来自苏联,还有1/3来自欧洲。目前发现,宇宙中只有三种不同的电子。电子是没有体积的,根据人们现在的认识,它的半径小于10-17厘米。大家想一想,这是非常奇怪的现象:我们天天用电,已经用了一百多年了,但却永远找不到电子的半径是多大。你晚上要是把眼睛闭起来想一想,这是非常奇怪的现象。夸克也是没有体积的,半径小于10-17厘米。很多中国科学家参加了我的工作。除了科学研究以外,对我个人来说,比较高兴的就是,这个过程中诞生了很多很有成绩的科学家。我的第四点体会是,领导一个大的国际活动,最重要的是要选科学上重要的题目,引起参加国的科学家的强烈兴趣。第二,领导一个大的国际合作,对贡献大的国家要有优先的认可,使之得到国际上的公认,这才能得到参加国政府的长期优先支持。

丁肇中的故国情怀

 

实现你的目标:好奇心加勤奋。

 

第五个故事,就是向大家展示一下我现在在做什么。我在国际空间站上研究外太空的反物质,就是所谓的ams实验。国际空间站现在正在建造,长109米,宽80米,重420吨。2006年后,它将是夜空中除了月亮和金星以外最亮的星。因为它绕着地球转,所以大家可以看到。它的大小相当于三个足球场这么大。这个空间站是美国、日本、俄罗斯和西欧所有国家一起做的,造价是1011亿美金,并不便宜。学外交的应当知道1011亿是什么概念。这个实验经过大量的国际竞争以后,成为空间站上惟一的大型科学实验。

反物质的存在是在1928年由英国科学家狄拉克(paula.m.dirac)推测出来的,1933年他获得诺贝尔物理奖。我跟吴院长讲过,拿诺贝尔奖有时候是很容易的。也有人说一个天才的物理学家和一个神经不正常的人之间的距离是很短的。可是,他为什么拿诺贝尔物理学奖呢?因为很快带正电荷的电子就被发现了,就是电子的反物质。电子带负电荷,反物质的电子带正电荷。这就证明反物质确实是存在的。这是30年代。到60年代,美国的《纽约时报》有一个消息:《很复杂的反物质被发现了》。这是我当年的第二个实验。这个实验什么意义呢?假使宇宙真的曾经发生过大爆炸,爆炸以前什么都没有,在爆炸的时候温度非常高,有电子的话就应该有正电子,有夸克就应该有反夸克,有物质就有反物质,才能平衡起来,因为爆炸以前是真空。宇宙已经有150亿年了,经过150亿年以后,有各位,有院长,有我。那么,由反物质所组成的宇宙到哪里去了?就是这个很简单的小问题。由于物质和反物质在大气中互相湮灭,所以不可能在地面上探测到,只能将探测器放在太空中。因为原子和反原子有相反的电荷,所以找反原子也必须用磁铁来测量磁场上的轨道。换句话说,正物质与反物质的转向是相反的。所以,这是我们将用在空间站上的仪器。这个实验是美国、中国(包括台湾)、俄罗斯、芬兰、法国、德国、意大利、瑞士、西班牙等15个国家首次在空间的活动,也是空间站上惟一的实验,是美国政府和俄罗斯政府在空间站上的重要合作。到了2006年,大家晚上没事的时候往天上看一看,记住上面有一个小实验。要找什么呢?如果宇宙起源于大爆炸,一半的宇宙是正物质组成的,另一半是反物质组成的,反物质组成的宇宙在什么地方?为什么要这么大的仪器在空间工作三年到五年呢?因为在三年到五年中,你可以测量到20亿个氦。如果20亿个氦里还没有找到一个反氦,就说明你已经走到宇宙的边缘了。为了保证这个仪器能正常地工作,我们在中国南京的东南大学设计了一个和天上一模一样的仪器,万一天上出现什么现象的话,你可以在地面上审查它。万一你要改程序,先在地面上把程序改好,再送到天上去。

丁肇中的母亲——王隽英

我现在向大家说我的第五个体会,要实现你的目标,最重要的是要有好奇心,对自己正在做的事情感兴趣,同时要勤奋工作。

 

从发现到应用会有一段时间。

 

可能有的人要问,你花这么多的力气,花这么多的钱,有什么用处?我给大家讲一讲过去一百年里面,最伟大的物理学家对新发现的现象所做的预言:第一个就是恩内斯特•卢瑟福(ernestrutherford)。这是非常有名的物理学家,拿过诺贝尔奖。他认为:“通过打破原子来产生能量是不合算的,任何希望将原子嬗变转化成能源的想法都是空想。”还有一位很有名的科学家李•德福斯特(l.forest),美国人。他说:“电视从理论和技术而言是可行的,从商业和经济的角度来看,我认为是不可能的,它不过是个浪费时间的梦想。”上个世纪最伟大的英国科学家开尔文爵士(lordkelvin)说:“x射线是骗局。”这三位著名科学家的预言都错了。所以让物理学家推测将来是不可信的。不过,总结后你就了解到:物理学是跟距离有关系的。100年以前,最尖端的物理学是力学、热学、光学,现在用在航空、航天、无线电和电视上。30年代最尖端的物理学是原子模型、量子力学,现在用在半导体、激光、超导体。40年代最尖端的科学是原子核模型,现在用在核聚变和同位素上。从大距离来说,100年以前,是彗星、行星系统,现在用在气象卫星和太空实验室、地质探测。更大的距离是恒星,研究太阳,现在用在导航上。什么意思呢?从发现到应用,有一段时间,这时间可能是30年、40年。当一个新的科学开始的时候,它永远在尖端,因为在尖端,常常被人们认为是没有用的,奇怪的现象。只能经过30年、40年后,等大家熟悉这个现象后才能转换为应用。转换为应用的时候,往往改变整个人类的生活。

丁肇中的母亲——王隽英

 

诺贝尔奖得主丁肇中:对不起,我要用中文讲

 

英语热的同时出现了汉语教育的势微,在全球化语境下,中国人该如何在强势的英语面前自处?

“Steven,对不起,我要用中文讲了。” 丁肇中(美国华裔科学家,1976年诺贝尔物理学奖得主)看了一眼坐在台下的朱棣文(1997年诺贝尔物理奖得主,华裔)说。

 

中国新闻周刊报道,2004年6月28日,第四届全球华人物理学大会在上海举行,虽然与会的是500多位华人学者,但主办方以“国际惯例”为由,规定提交大会的论文、相关专题网站、演讲、提问等,都要使用英文——这也是延续了前三届全球华人物理学家大会的做法。“这是学者的自我矮化,是很要不得的事情。”復旦大学中文系博士生导师汪涌豪教授对本刊说。

但是,轮到丁肇中演讲时,他打破了这一“惯例”。

事实上,丁肇中常回中国作学术报告,每一次都坚持讲中文,当年在诺贝尔奖的颁奖典礼上,丁肇中说的也是中文。

就在此次大会上,有些学者申请用汉语演讲,遭到会方拒绝。在听完南京大学基础学科教育学院院长卢德馨的演讲后,中科院院士、清华大学物理系主任朱邦芬惋惜道:“卢教授的教学改革在国内众所周知,但用英文很难在有限时间内表达其思想的精髓。”

丁肇中反“潮流”的举动,立刻引起中国社会的讨论。

 

那么多人学英语,为什么

 

物理大会举办过程中,台下的很多研究生听得一头雾水,这些研究生都来自復旦大学、上海交通大学的物理系,但要他们完全听懂用英文作的专业报告还有困难,虽然他们久经英语熏陶。

国内的大学生自1987年9月开始必须考英语,本科生要通过四级英语考试,1989年1月开始研究生必考六级英语考试。据中国教育部的资料, 1987年第一次参加英语四级考试的有10万多人,到2004年,四、六级加在一起高达1100多万人。虽然教育部在2004年3月进行大学英语四、六级考试改革,不设及格线,不颁发合格证书,只发放成绩单,但是这并没有降低英语在学生眼中的重要地位,也无法改变全民英语热。

不仅大学生如此,只要在国内接受教育的人,几乎都曾把英语当作一门主科来学习。根据人口普查统计结果,到2000年11月,中国接受初中及以上教育的人口数量比1982年增加了3.7亿人,而这些人基本上都接受过英语教育。实际上,从1977年开始,部分小学就开始了英语教学。2001年后,《全日制义务教育英语课程标準》(试验稿)把英语课的设置提前到小学三年级(北京地区则从小学一年级开始),因此有数据估计,中国应该有4亿人接受过英语教育,超过美英两国人口总数。

在中国大陆许多学校,英语课程从小学三年级开始学至博士,在每次升学考试中,英语都是一项重要的衡量标準。而且很多公司面试、公务员考试、职称评定、公费出国留学等,都需要过英语关,就连对某些公交车售票员、出租车司机、服务员等第三产业从业人员,也都有英语能力要求。

一些领域内,设置的英语门槛没有顾及社会需要不需要、本人愿意不愿意。从实际情况看,多数参加英语考试的人都是出于应付考试来学,考试毕,英语对于他们的生活工作几乎没有意义。

丁肇中故居

 

学英语导致社会资源浪费

 

学习外语,本是件好事,何况还是一门到世界各地都能讲得通的语言。復旦大学中文系主任陈思和教授向《中国新闻周刊》表达自己对英语过热的看法时说:“中国人不仅要用英文来适应国外的工作,还要用英文来向世界传达中国人的信息。英语达到一定水平,是中国走向进步的一个标志性的事情。”

然而,现实中有许多被迫学习英语的国人却在痛恨英语。“学了用不上”,一些人抱怨。

北京外国语学院中国外语教育研究中心2004年10月的调查显示,56%的非英语专业在校大学生把大部分时间花在英文学习上。但他们中的很多人在找工作时,还要为口语面试捏把汗。很多人因为要应付各级考试的压力,努力学习英文,但真正要用时,又发现当初的那种学法是不对的,只能应付考试,于是又换种方法再学。一项技能课,变成折腾人的课程。

“大家都忘记了一个外语环境的问题——外语学习的规律。一个星期花几个小时学外语,能用到什么地步。”北京外国语学院的文秋芳教授对本刊说: “外语是一种训练,我们可以拓宽眼界,认识到不一样的语法结构、思维方式,这都是有价值的。对外语的学习应该有一个实事求是的要求,实事求是的评价,目前社会的期望值太高,所以导致大家都很失望。

儘管有上亿人学过英语,但有教育研究机构人员及语言教育培训机构人员估计,中国目前能够使用英语进行交流的人不会超过2000万,这意味着中国绝大多数的英语学习者,在时间、精力、经济方面大量投入后,没有收到好的成效。

“国家发展确实在很大程度上需要英语,但没有必要全民学英语。”北京外国语大学中国外语教育研究中心的主任文秋芳教授对本刊说:“国家资源也没那么多,真正利于国家经济建设的英语人口没有那么多,不需要所有人都那么费劲学英语。应该培养一大批专门的翻译人才。”

丁肇中领诺贝尔奖

 

虽然英语教育专家也认为全民学英语没有必要,许多人也都意识到这个问题,但这场“运动”还是无法停止。有人认为,英语考试背后的利益链条也是一个重要的原因。

有统计数据表明,2005年,仅大学英语四、六级的报考人数就达600万人。这还不包括其他参加职称、出国英语考试的人在内。而帮助考生顺利过关的英语培训,更是被称为“无烟工业”,按我国英语培训市场高速增长态势,到2010年,我国英语培训的市场总值可望达到300亿元。

 

母语危机

 

在英语热的同时,很多人认为,汉语在势微。

有个小学生在作文中写道“水很活泼”,老师就严重警告她父亲“你孩子的语言很成问题”。復旦大学中文系的汪涌豪教授对本刊说,“其实这个句子多好,但我们的语文教学是非常僵硬的,说明非常的失败,这种失败是全面性的。现在的语文教育解释得很细,违背了我们汉语的特性。

和西方语言重语法、很规则不同,汉语是一个词汇型的语言,重词汇,需要使用者掌握大量词汇,但现实是许多人都无视汉语的这个特点。学语言“求用、求真、求美”,现在很多人都只停留在前两个阶段。中小学语文的应试教育,束缚了学生们的想像力,大学语文希望解放学生,但这时候他们已经对汉语似乎失去了兴趣。

 

在不需要应试的大学里,很多学校修改了大学语文课本,把原来的语文变为人文,或者变成作品赏析,让学生充分体会母语的美妙。也有些学校的大学语文已经变成了选修课。但收效并不明显。忽视对母语的修炼,会造成口说、书写时语言失范、用词的平庸。

为了培养孩子的语音语调,很多家长让自己的孩子在很小的时候就开始学英文,反而不是很重视汉语学习。

“不重视汉语的练习,是很大的损失,现在从小把很多的时间花在学外语上,实在是有些本末倒置。汉语的整个知识体系,实际上对开发中国孩子的智力起到了很大的作用,但大家可能都没有意识到。”外国语学院的文秋芳教授说,她常常跟外国同行称,中国人之所以聪明,是因为学习汉字。汉字给我们提高了分析能力、归纳能力、抽像能力。比如分析能力,我们会看这个字的结构,而且很多字差别很小,我们要比较分析。所以从小教孩子们学汉字就在教他们高层次的思维技能。这种技能是潜移默化不知不觉就学会了。在这同时,因为字很难写,要反复练,记忆力也得到了超常的训练。

一种语言是一种生活方式,凝聚着历史,积淀为文化。要把自己的文化传向全世界,语言是无可替代的桥樑。

復旦大学中文系教授汪涌豪说:“国家的文化质量决定了它接受外来文化的能力,国家的语言质量也决定了它接受外来语言的能力。”欧洲各国设有国家级翻译中心,主动向外国进行文化输出。只有1600万人口的荷兰长期以来一直努力做翻译大国,还成立专门的基金会资助荷兰文学的学习和外译;法国人更是对母语有着近乎执拗的维护,甚至都不让“E-mail”这个通用的词进入。

在中国,有关加强汉语学习和语文教育的呼吁已在这些年出现,“很多人没有意识到这个问题的严重性。”汪涌豪说。

 

走近丁肇中——《世界科学》 2011年06期 姚诗煌

 

丁肇中在发布会

作为一名科技记者,在我采访过的科学大家中,印象最深刻的是诺贝尔奖获得者丁肇中教授。从2002至2004年间,我多次采访了丁教授,还应邀访问了他所在的日内瓦欧洲核子研究中心,并有幸到他家里做客。对丁肇中的科学精神和风格魅力,我有着直接的感受。

 

“我真的不知道”

 

2002年秋,丁肇中教授来沪访问,期间他应邀到《文汇报》做客。在文新大楼46楼会议室,他登高远眺,兴致甚浓,尽管是第一次与丁教授面对面的交谈,我还是打破了拘谨,即兴提了几个问题:

——作为一名实验物理学家,您如何看待实验与理论的关系?

“实验需要理论的指导,而理论需要实验的验证。得不到验证的理论,最终只能被否定。所以,实验可以推翻理论。”

——前不久,霍金来中国,引起了公众很大的关注。那么,应该怎么来看待霍金的理论呢?

“霍金是一位很特殊的人才。但是,即使霍金的理论,也应该由实验来检验,才能知道是否正确。”

——霍金的理论,建立在宇宙是通过大爆炸产生的这样一个学说基础上,这个大爆炸理论能够得到实验证明吗?

“我们虽然无法重现一次宇宙大爆炸,但并不等于不可以验证。宇宙早期的大爆炸,只有当正物质和反物质碰在一起时才能产生。所以,能否寻找到宇宙中的反物质,是检验大爆炸理论能否成立的关键。如果找不到反物质,对宇宙通过大爆炸产生的理论,就要重新认识了。”

——从哲学上讲,物质是无限可分的,但现在认为到夸克很难再分了;那么,夸克是否是物质的最小组成?夸克还可以再分吗?

“我不知道。这要靠今后的实验来说话。科学是不断发展的,100年前,谁能知道有这么多的基本粒子,还有夸克;那么,再过100年来看物质的结构,肯定会比今天的认识又要深入得多了。”

——现在有人对光速不变的理论提出了挑战,认为光速可以变的。您怎么看待这个问题?

“我不知道。”

又一个“我不知道”,大家不禁笑了起来。于是,我又问了这么一个问题:

——您是一位知识面非常广博的科学家,但我发现您经常说“我不知道”,刚才您就说了两个不知道。您为什么说不知道呢?

“因为我真的不知道。”

又是一片笑声。我没想到,就因为我提了这几个问题,尤其是那段“我不知道”的对话,让我从此走近了丁肇中。

丁肇中在讲话中

 

“一进实验室,就像到了家里”

 

第二天下午,丁肇中赴交大闵行校区参观物理实验室,他让秘书邀请我同往。尽管上午还在复旦为学生作报告,中午又没有休息,但一进入物理楼的实验室,他立刻两眼放光,精神焕发。

走近丁肇中姚诗煌作者在丁肇中家的庭园与丁肇中的合影‖专稿‖实验室里的师生们很快发现,今天接待的可不是一般的贵宾。他太熟悉物理学的实验室了,有时,还没有向他介绍完,他说了句“这我懂”,就弯下腰,仔细地察看仪器,问出一连串相当专业的问题。他察看仪器的神态,真是非常动人:或弓着背,弯着腰;或蹲下身子,侧着头;仔细看时,他总会摘下眼镜,双眼向前凑得很近很近,用手里的镜架轻轻地抵住下唇,活脱脱地像一个经验丰富的车间老师傅,边看边捉摸。这时,他的眼神非常丰富,有会心思考、有难以觉察的满意或不满意;有时,还显得有一点调皮甚至狡黠,那往往是一些很不惹眼的细处被他捉出了问题,而主人则显得有点局促不安。

人们很快发现,丁肇中教授的眼光,实在厉害。他对物理学实验室了如指掌,不止一次,主人还没有向他介绍完,他就不客气地说“我懂”,与他昨天说“我不知道”正好相反。然后,他弯下腰,仔细地察看仪器,问出一连串很细致的问题:“这里的表面误差是多少?”、“温度控制在什么范围?”好几次,都把介绍的老师给噎住了。当向他说明,这在允许误差的范围之内时,他不满意了:“0.1度的误差,能控制0.01的精度吗”?

走进学生实验室,他又一脱刚才的严肃相,一会儿在显微镜前凑近镜头仔细观看、一会儿在一个装置前动手试几下,就像回到了自己当年的大学生时代。他很称赞交大的学生物理实验室,问:每个学生要做多少次实验?实验算多少学分?他说:对于了解基本物理,实验非常重要。对我来说,到了实验室,就像到了家里一样。

丁肇中在接受采访

 

“我是不允许有失败的”

 

几天后我又随他到了北京,参加阿尔法磁谱仪2号(AMS—02)研究项目的一次工作会议,任务是汇报和讨论由中国、法国和意大利科学家共同承担的电磁量能器的进展情况。电磁量能器位于探测器底部,由于上面还设有多个探测器,所以到达电磁量能器的粒子,其能量和穿透力都比较强,能捕捉来自宇宙深处的粒子。

丁肇中端坐在面对报告席并可环视整个会场的左侧,面前是一个弯曲的话筒。他一反前几天在上海演讲、座谈时略带幽默的轻松神态,一脸严肃。会场上没有一丝杂声,谁要是悄悄地交头接耳,那怕声音压得再低,他都会立即投以责备的眼光。会议是讨论式的,专家们可随时插话,向报告人提出问题,丁肇中用手示意,让这个发言,或让那个“Stop”。他的指令带有很强的权威性,不管你是哪个国家的,也不管你职务多高,没有谁敢不听。我几次发现,连来自美国宇航局的专家,正讲话到兴头时,被丁肇中一声“Stop!”,也只得立马停下,虽然脸上有些不太自然的表情。

报告人更像是在接受考试的学生,不仅要明确地回答所提出的问题,而且必须有根有据,不能凭想象或推测。一位中科院博士,在报告中提出一种新的方法,说可以提高探测器测得粒子的效率,丁肇中提出了几个问题,但他回答得不能令人满意,立即被丁肇中否定了:“No,No,你下去吧”,不留一点面子。第二天,我与丁肇中教授聊起了这件事,他对我说,在AMS这样的大科学项目中,任何一点疏忽都是不充许的,每一个技术细节都要考虑得非常周到、细致。AMS项目虽然是探索性的,是全新的,但是涉及到具体的技术细节,不能冒风险,要有充分的把握。我是不允许有失败的。

我不由得问:不是说“失败是成功之母”吗?但您不允许有失败,这怎么理解呢?丁肇中说:在AMS这样的大项目中,无论哪一处技术细节出了问题,都会影响到整个项目的进行。你犯的第一次错误,也就是最后一次错误。所以,我们在整个研制过程中,慎之又慎,每一处技术细节,都要反复推敲、论证;每一个设备部件,都要经过严格的测试。你看我们这次开会,对于每一技术问题,大家从各个侧面丁肇中在欧洲核子中心的办公室工作‖专稿‖世界科学2011.65进行细究,从中又发现了许多问题。这样的会,我们经常开,没有哪一次可以“圆满成功”,划个句号。总是不断地发现问题、解决问题。

丁肇中展示他赢得的1976年诺贝尔物理学奖的研究成果。

讨论直到中午12时半,大家才到隔壁房间用餐,每人一个盒饭,丁肇中和大家一样,端起饭盒,坐在长条桌旁吃着,边吃边聊天。这时,他又成了一位慈祥、幽默的长者。下午一点左右,会议又接着开始,中间根本没有休息。我很钦佩丁教授的工作精神,一位科学家告诉我:跟着丁肇中,就得有连续工作的准备。一周工作7天,一天工作15、6个小时是常事,实验最紧张的时候,接连两三昼夜不出实验室。

 

“我只做一件事”

 

第二年(2003年)4月,参与AMS-02计划的科学家要在日内瓦欧洲核子中心举行一次综合性的汇报会,丁肇中邀请我去参加。会间我曾问丁肇中:现在大家很关心AMS-02究竟能否找到反物质的粒子,或发现暗物质存在的证据。对此,您的把握如何?丁肇中回答说:将这样一个重达7吨的探测器送上太空,去寻找反物质粒子,这是以前从来没有做过的事情,是一种全新的探索和尝试,所以任何发现都将是新的,都是很有科学价值的。至于反粒子能否找到,我现在不知道,但关键只要仪器的灵敏度和质量好,那么放在空间站几年,是可以有所结论的。

由于“哥伦比亚”号失事,航天飞机的发射到2005年才恢复,AMS-02的升空被多次延迟,以后美国又宣布航天飞机将陆续退役,而在最后几次飞行中,AMS-02能否排上,更成为变数。尽管前景莫测,但丁肇中始终没有放弃,并精益求精地对探测器进行改进和完善。丁肇中曾对我说过:这些年来,我谢绝了一切的邀请,也不担任顾问等任何职位。我只做一件事。我空下来就在想实验的每一细节,反复想,想得很具体,一发现问题,我就会立即打电话,给德国、意大利,或别的国家的科学家,与他们讨论,有时请他们过来。我基本不看文件,甚至很少看书。书都是别人写的,讲的是已有的知识,而我们做的事完全是新的,是别人的知识所没有的,只有靠自己。所以,我说只做一件事情。

丁肇中祖居

一位已负盛名的诺贝尔奖得主,在年过六十以后,竟然还要花费这么多的时间和精力,从事一项充满风险的探索,尤其在当前探索性的基础研究越来越艰难的情况下,丁肇中对科学的执著和坚韧,确实令人敬佩。丁肇中曾这样说过:技术的发展是生根于基础研究之中的,而基础研究需要大量的资源和长远的眼光。我们常听到这样的争议:是支持“无用的”基础科学,还是将资源集中于技术的转化和应用研究?从历史的观点看,后一种观点是目光短浅的。如果没有对基础研究和教育方面的投资,发展经济的实用主义途径,是不可能持久的。

无疑,丁肇中是一位目光长远的科学家。如今,AMS-02已顺利到达了国际空间站,大量的数据开始传至地面,丁肇中和他的科研团队已转入海量数据的分析和研究之中。他们将发现什么?全世界都将期待着。

 

让中华民族之声在世界科学的圣殿里回荡

 

经过16年的努力,以及15亿美元其他人提供的资金,美国宇航局和丁肇中展示成果的时候就要到来了。

丁肇中,世界著名高能物理学家。祖籍日照市东港区涛雒镇。l936年2月27日生于美国密执安州。其父丁观海,是一位有着强烈正义感的爱国人士。1925年在 济南求学期间,受共产党人邓恩铭等的影响,积极参加进步活动,并与同乡安哲、牟春霆 (陈雷)、李平章、郑天九等人,成立了中国共产党的外围组织“少年日照学会”。

丁观海有二子一女。为教其永远记住并报效自己的祖国,长子起名肇中,次子起名肇华,女儿起名肇民。丁肇中在父亲的教诲下, 自幼发愤图强,刻苦学习,从小学至大学, 学 习成绩一贯优异,成为同辈学子中的佼佼者。

为攀登物理学之高峰, 他在密西根大学 取得博士学位后。又先后在哥伦比亚大学、 日内瓦欧州核子研究中心、西德汉堡同步加 速器研究所、美国麻理省理工学院实验所潜 心工作。他以百折不挠的毅力和顽强拼搏的 精神,努力向科学高峰冲击。经过千百次实 验,洒下无数的心血与汗水,于1974年1l月l2 日,他终于取得了科技尖端领域的重大突破 ,在实验中发现了一种新的亚原子粒子─J粒子。于是丁肇中, 这位年轻的科学家与其研 究成果J粒子一起,震动了整个世界,被科学界最有权威的机构──瑞典诺贝尔奖金委员会授予1976年度诺贝尔物理学奖。

授奖前夕,丁肇中写信给瑞典皇家科学院,请求允许他在领奖会上发言时,先用中文, 然后用英文复述。

按照惯例, 获奖人要在颁奖典礼上用本国语言发表演讲。丁肇中作为美国公民, 应当用英语讲。所以, 瑞典皇家科学院对他的要求颇感为难。美国政府对此也竭力阻挠。可丁肇中却不达目的誓不罢休。

中华民族创造了灿烂的古代文明和举世闻名的四大发明, 曾有力地推动了世界文化 的发展。无论在自然科学方面, 还是人文科学方面,中国都为人类做出过重大贡献。可是, 自从190l 年第一次颁发诺贝尔奖金到 l976年,四分之三个世纪过去了,颁奖大厅里从来没有响起过占世界人口四分之一的中国人民所使用的主要语言──汉语。丁肇中, 现在终于以非同寻常的方式打破了这一局面 , 让中华民族之声在世界科学的圣殿里回荡, 充分表达了他作为一名炎黄子孙的自豪感。

凯利颇有中国妇女的传统美德,不仅抚养了一双女儿,还全力支持丁博士的工作

1988年, 他又因在德意志电子同步加速器中心做出了发现胶子存在的试验证明, 荣获意大利颁发的最高科学荣誉奖章──德卡斯贝里科学奖。

成名之后,为了报效祖国,自1977年后丁肇中曾多次回国讲学, 受到了邓小平等中央领导同志的亲切接见, 并被聘为中国科技大学名誉教授。

1985年6月28日,这位誉满中外的著名物理学家,怀着对故土的无限眷恋之情,偕夫人回到了家乡日照市涛锥镇, 受到当地党政领导和乡亲们的热烈欢迎。他们在家乡看望亲友,祭扫祖坟,还兴致勃勃地参观了日照大港。回到美国后, 他立即给市政府用宣纸写来了条幅。条幅上的题词是: “欣见故乡进步,甚觉快慰,感念各位辛劳,书此谨表敬意。丁肇中,八五年八月”。

丁肇中教授一直关心家乡的发展。时隔17年后,2002年6月13日至15日,又一次踏上故土。丁肇中教授先后参观了工厂、港口、园区、学校,并回故乡参拜祖居。日照的巨大变化,使先生倍感欣慰。他用“完全就是两个城市”来形容家乡的巨大变化。2004,在中央电视台组织的魅力城市活动中,丁肇中教授作为城市推荐人介绍了家乡日照,取得了良好的效果。

李先念会见丁肇中和夫人

 

“科学狂人”丁肇中:AMS命运多舛他始终坚持

 

上周四,随着“奋进号”航天飞机升空的“阿尔法磁谱仪2号”(AMS-02)被送入国际空间站,开始其为期10年以上的宇宙反物质的探寻之旅,该国际科学项目的负责人、诺贝尔奖获得者丁肇中博士再度为世人瞩目。丁肇中缘何要历时17年,坚持实施这个备受争议、坎坷不断的AMS项目,他为此付出了何等努力?前不久的《自然》和《纽约时报》等媒体作了披露——

 

“真正的发现是在现有的知识圈之外。”

“如果我们什么也不做,不去进行检测,那我们永远也不会知道真相是什么。”

——丁肇中

 

肯尼迪航天中心一个无尘室中,被一大群技术人员围绕着的巨大设备就是重达6.7吨的阿尔法磁谱仪,它将进入太空,承担起有史以来最雄心勃勃、最复杂的实验任务。这一实验如果成功,将帮助NASA在回答宇宙是由什么构成的这个问题上迈进一大步,并给国际空间站和著名的物理学家带来荣耀,但如果失败,也将给持反对意见者提供反对这一实验的证据。

被命名为阿尔法磁谱仪(AMS)的这一装置,其目的是为了探测太空中的高能宇宙射线粒子,寻找宇宙中的反物质。阿尔法磁谱仪也许还能给我们带来一些意外的惊喜。“真正的发现是在现有的知识圈之外,”去年8月间,丁肇中,这位70多岁的诺贝尔奖得主、麻省理工学院教授、宇宙射线探测项目负责人在欧洲粒子物理研究所的实验室里如此说道。

丁博士是一位科学“狂人”,他用一生的时间带领着一大批物理学家进行着物理学领域内的探索。1974年他发现了将彻底改变物理学的粒子,但因他花了很长时间对研究结果反复检验,希望找出更多的粒子,在这段时间里,另一个实验室也发现了这种粒子,于是最后丁肇中与美国科学家伯顿·里克特共享了1976年的诺贝尔物理学奖。

阿尔法磁谱仪的实验始于20世纪90年代初,当时尽管他在物理界的威望,丁博士却未能在欧洲核子研究中心的大型强子对撞机实验中充分发挥作用,于是他将目光投向了太空。根据物理学原理,同等数量的物质,和它邪恶的双胞胎反物质,在互相接触的一瞬间,普通物质就会被湮灭,同时释放出能量,这种反物质应该是在宇宙大爆炸时产生的,这也是科学界长期以来的一个未解之谜。如果能够发现重于反氦的原子核,是否意味着在宇宙某个地方可能存在着反物质恒星甚至整个反物质星系呢?“但如果我们什么也不做,不去进行检测,那我们永远也不会知道真相是什么,”丁博士说道。

日照市丁肇中祖居

 

AMS命运多舛他始终坚持

 

“如果出现什么问题,我就是那个该承担责任的人,我所有的精力都放在了这件事上。”

——丁肇中

 

1994年,当时的美国宇航局局长丹·戈尔丁正在寻求有价值的科学构思,特别是能够让国际空间站扬名的东西,前苏联空间研究所负责人罗尔德·萨格戴夫向戈尔丁提到诺贝尔奖获得者、粒子物理学家丁肇中的一个想法,即:将磁铁运载到太空,检测对来自遥远恒星发出的粒子流,寻找反物质。“戈尔丁说‘好吧,这家伙在哪儿呢?我要立即见到他,’”萨格戴夫回忆道。

很快,丁博士有机会与丹·戈尔丁会面,他对戈尔丁先生说道,如果有一个以空间站为基础的宇宙射线探测器,他就可以进行这种测量。戈尔丁立刻被这个建议吸引住了,同意将磁谱仪安置在国际空间站。这一决定绕过了宇航局的正规同行审查程序,引起了一些宇宙射线物理学家的不满。这一计划吸引戈尔丁的部分原因是航天局不必出钱,大批资金来源于丁博士在国外的大批合作者,来自16个国家和地区的600名科学家,其中包括意大利、德国、俄罗斯、中国等。

1995年,当时在美国麻省理工学院任教授的丁肇中获得了戈尔丁的合作协议,美国宇航局同意他的阿尔法磁谱仪(AMS)在空间站里占据一席之地,并用航天飞机将它运载到空间站。该协议的部分内容包括,美国宇航局不必为阿尔法磁谱仪的建造买单,事实上,丁肇中从美国能源部和国外获得了大部分的资金。

丁肇中终于做到了他想要做的事情。1998年光谱仪样机建成,并搭载在同年6月的“发现号”航天飞机上试飞10天获得成功。经过13年的努力和15亿美元的投入,一个由来自16个国家和地区的物理学家组成的庞大科研团队已完成了阿尔法磁谱仪实验的大部分工作,只需最后的点睛之笔,实验就将圆满完成。但在2003年“哥伦比亚号”航天飞机解体,造成7名宇航员丧生的事故后,丁博士和阿尔法磁谱仪的命运急转直下,美国航空航天局宣布航天飞机时代结束,原定的2005年载运阿尔法磁谱仪进入太空的计划被取消。谈及当时的感受,丁肇中说,“那是我第一次在面对挫折时,感到自己有一种无能为力的感觉。”

2005年,丁博士开始为阿尔法磁谱仪的命运力争,应邀在美国参议院就美国科学发展现状发表讲话时,他利用了他的5分钟发言时间和9张幻灯片,宣讲了他的基础科学研究实验,令观众大为鼓舞,“他们很惊讶地听到,空间站也能为科研出大力。”丁博士回忆说。

在之后的几年里,一些强势的参议员,如阿拉斯加州的特德·史蒂文斯、佛罗里达州的比尔·纳尔逊和德克萨斯州的凯·贝利·赫切森对丁肇中的计划都表示出了极大的兴趣,他们有的从头到尾看完丁博士展示的幻灯片,有的参观了他在欧洲核子研究中心的研究项目。最后,美国国会命令美国航空航天局为丁博士的实验提供一架航天飞机。

“在奥巴马就职典礼后的三天,阿尔法磁谱仪又重新回到了航天飞机的载货单上,”丁博士说道。

2008年,在华盛顿五月花酒店的一间华丽的餐室内,丁肇中接受了纽约时报等重量级媒体记者的访问。他坐在一张椅子上,打开面前的笔记本电脑,里面有着大量的文件和图表,甚至还有纽约时报上表彰他过去成就的一些剪辑资料。“所有技术上的细节我都一清二楚,”他说,“如果出现什么问题,我就是那个该承担责任的人,我所有的精力都放在了这件事上。”丁博士说,在过去13年里的每一天,阿尔法磁谱仪都是他关注的唯一重点,在它身上丁倾注了全部的热情,也给他带来了许多的烦恼,除了1998年AMS-01号原型机被装载在发现号航天飞机上进行太空飞行时的那10天之外,当太空射线通过阿尔法磁谱仪的环形磁铁,收集着信息并传来太空粒子的数据时,丁肇中觉得自己得到了真正的放松。

发现宇宙大爆炸遗留下来的反物质是一个非常诱人的想法。但每次面对“我们将看到什么”、“阿尔法磁谱仪能否给天文学研究带来新的发现”之类的问题,丁肇中都会以他惯常的缓慢而轻柔的声音说道,“是很难预料得到的。”但在丁肇中的心里,真正期待的是阿尔法磁谱仪有可能带来完全意料不到的发现。

探索90%的未知──丁肇中與基本粒子特展

 

面对质疑他不为所动

 

“我拒绝你们的拒绝。”“物理学的进步就在于不断地推翻别人的理论。”

——丁肇中

 

但是,除了丁博士等很少人外,大多数理论物理学家并不认为这一实验能够发现任何原始反物质。他们得出的结论认为,原始反物质在宇宙大爆炸后的最初时刻就消失了。“最初的目标物早已经灰飞烟灭,”美国密歇根大学宇宙射线物理学家格雷格·塔尔勒说道,他对这项实验一直持批评意见。

AMS项目的众多反对者认为他们能够预测到这一项目的最后结果,目前没有理论让他们相信丁肇中与戈尔丁所说的反物质原子核的存在。另外,他们还说,目前用在AMS项目上的资金,可以用在更重要的地方,比如得到天体物理学界评估认同并被列为优先考虑的一些项目之上。对此丁肇中不为所动,1976年,他在诺贝尔奖演讲中以谨慎的实验证明了一些理论科学家的谬误。他说,当与某种理论产生分歧之时,实验结果是最具说服力的,他以不容置疑的口气强调道,“物理学的进步就在于不断地推翻别人的理论。”

两年前欧洲卫星帕梅拉发现超过正常的正电子,也许是暗物质粒子碰撞的结果,这暗示着太空中可能有暗物质存在。虽然卫星无法分辨正电子与质子,而阿尔法光谱仪可以,“它会告诉我们,这些东西究竟是有还是没有,”欧洲粒子物理研究所的理论物理学家约翰·埃利斯说道。包括埃利斯博士和丁博士在内的一些物理学家认为,来自暗物质的正电子应该拥有独特的光谱特征,利用宇宙射线光谱仪可测量到,如果发现它遵循某种模式,丁博士说,“每个人都会认为它就是暗物质。”但许多物理学家认为只有从粒子加速器实验获得直接的探测数据,才能认为发现了暗物质。

即使是丁博士的支持者也为阿尔法磁谱仪实验实施过程中的一些曲折而感到困惑。在发射的日子最后定了下来之后,丁博士宣布他将用较弱的永久性磁铁替代原型机太空飞行时所用的超导磁铁,这意味着他将错过将阿尔法磁谱仪运送到卡纳维拉尔角发射场的最后期限。美国航天局及时作出了反应,将飞行时间推迟到了2011年。丁博士为在最后时刻进行的改变提出了两个原因。2010年2月里进行的真空室测试表明,需要用氦冷却超导磁体,超导磁体也将在短短的两年内失去超导性,而在太空中让其恢复超导性并不是一个理想的选择。

在丁博士看来,国际空间站的寿命已从2015年延长至2020年或2028年,不可能让一台失效的机器在多年的时间里占用着空间站里的空间。丁博士说,永久磁铁磁场较弱的缺点,因设备更长的使用时间,以及在粒子跟踪阵列设计上的些微改动而完全得以抵销,事实上,丁博士将其称之为对阿尔法磁谱仪的一次“升级”。“如果空间站于2015年就停止使用,我们不会改换磁铁,”他说。

这次改变,导致了原来对这次实验就有所质疑的一些科学家提出了新一轮的批评意见,他们怀疑运载阿尔法磁谱仪进入太空飞行是否安全。航天飞机工程师则表示,对此次阿尔法磁谱仪的改变,他们感到欣慰,因为可以不用使用液态氦,液态氦存在着有可能汽化爆炸的危险,正如两年前在大型强子对撞机上发生过的那样。加州理工学院的巴瑞·巴里斯曾协助能源部对该实验项目进行过评价,巴里斯在一封电子邮件中说,尽管这一原先已被批准的实验在实施过程中“有明显缺陷”,但还是应该按原计划发射飞行。“我不会和Samuel(指丁肇中)对着干的,”他补充道。

AMS项目团队认为天体的带电粒子(也称为宇宙射线),是探索粒子物理学尚未解决的一个问题的窗口:为什么宇宙主要是由物质,而不是由反物质构成的?这至今仍是一个谜。但研究人员希望这次实验能发现,宇宙是否如人们所认为的那样,绝对完全地排斥反物质。如果有任何反物质逃脱了早期宇宙时被湮没的命运,那么这些“流亡”在宇宙中的反物质今天应该仍然存在着。

杨振宁与丁肇中

AMS还面对着来自另一方面的阻力,AMS计划首次提出时,对反物质宇宙射线的检测几乎没有进行过多少尝试,但一个观察宇宙的新窗口正在被慢慢打开。气球携带的超导光谱仪实验(BESS)曾在南极洲高空的宇宙射线中寻找反物质,2006年发射的欧洲卫星帕梅拉(PAMELA)也于2008年检测到了太空中存在着的过量正电子。这两者能得出原始反物质存在的结论吗?也许不能。“那么AMS能提供BESS和PAMELA所无法提供的这个基本问题的答案吗?”美国宇航局戈达德太空飞行中心的约翰·米切尔道,“答案是,也许不能。”但这并不意味着AMS没有找到原始反物质的机会,但这个机会之窗显然被关小了不少。

美国航空航天局天体物理学咨询委员会主席克雷格·霍根在2008年2月的一封信中指出,“与其他任务相比,科学价值不很显然的任务都会给天体物理学的整体状况带来危害。”丁肇中对此则回应指出,AMS计划不属于美国宇航局天体物理学的任务,没有用过美国宇航局科研拨款的钱,也没有美国航天局的科学家参与到这项研究工作中来。至于其科学价值的审查,他指出,除了经过欧洲多个机构的审查之外,美国能源部也分别于1995年、1999年和2006年对AMS项目进行了审查。欧洲粒子物理研究所的物理学家大卫·斯蒂兰德回忆道,“Samuel毅然站出来说:‘我拒绝你们的拒绝’。”

丁肇中说:“认识物质世界,发现大自然的奥妙,这种基本的知识是无涯的,超越年龄、时代和国界的限制。”为了科学的进步,他探索的脚步不愿停歇。

在庆祝李政道60岁寿辰大会上,吴健雄、吴大猷、丁肇中等前来祝贺

 

立志做第二个法拉第

 

国外科学技术界评论说,丁肇中是最有实验能力,最善于观察现象的实验物理学家。美国《自然》杂志还评论说,丁肇中所从事的工作是沟通中美两国科技交流的一座桥梁。

丁肇中的父母都是中国的大学教授,祖籍山东日照。1936年,他们从中国启程去美国,对密执安州立大学进行访问。1月26日,就在这所学院里丁肇中降生了。他在回忆中说:“我的父母希望我出生在中国,可是我却偏偏早产了,我出生两个月后才回到中国。”他的童年正值第二次世界大战日本侵略中国的战乱年代,所以他十二岁以前几乎没有受过什么正规教育。由于父母忙于工作,丁肇中是由外祖母抚养成人的。外祖母性格刚毅果断,对丁肇中以后严谨刻苦治学,一丝不苟实验,缜密组织研究和严格要求下属等优良作风产生了很大影响。

丁肇中先在大陆度过童年,十三岁去台湾上学,那时他父亲是国立台湾大学的一名教授。二十岁时,他决定回到他的出生地美国密执安大学继续攻读。“那时我英文懂得不多,对美国的生活一无所知。在国内的时候在书上读到许多美国学生是自己挣钱维持生活读完大学的,我告诉父母也这样做。当1956年9月6日到达美国底特律机场的时候,口袋里只有一百美元。在那时,有点钱好像已经满不错了。我举目无亲,不免有几分担心。”那几年,可以说是丁肇中一生中最艰难的岁月,他一面顽强勤奋地学习,一面自己挣钱维持生活。后来因成绩优异获得了奖学金。三年之后的1959年获得物理学和数学两个学士学位,1960年获得硕士学位。接着在密执安大学物理研究所当研究生,1962年获物理学博士学位。

1963年,丁肇中以博士和福特基金会会员的身份,前往设在瑞士日内瓦的欧洲核子研究中心工作,在柯可尼的指导下用质子同步加速器进行研究。柯可尼对实验工作的严格与耐心对丁肇中产生了直接的影响。在这段日子以及后来再到日内瓦工作期间,丁肇中的典型生活情况是:一早起来在自取食堂里吃早饭,然后一整天留在实验室里,直到夜里离开实验室,驱车十分钟回到他的公寓房间睡觉。每隔两个星期,他坐飞机回到美国麻省莱克新顿自己的家里看望妻子凯•路易丝•库恩和两个女儿。1964年,丁肇中离开日内瓦回到美国哥伦比亚大学执教,直到1969年。在那里他和斯坦伯格、希瓦兹、吴健雄和李政道等在内的第一流物理学家工作。这个时期,丁肇中发现了“抗氢同位素”,初露头角。美国各大报刊都以显著位置报道了这项发现。在哥伦比亚大学的这些年里,他开始对“电子和正电子对”的生成发生了兴趣。这时丁肇中又接受美国麻省理工学院之聘,主持该学院的布鲁克海文实验室,他负责的研究小组分别在美国布鲁克海文实验室、瑞士欧洲核子研究中心和德国汉堡电子回旋加速器实验室三处进行类光子粒子的衰变探索,并且寻找衰变成电子对和μ介子对的新粒子。这一研究夜以继日地整整进行了五年。

1971年,丁肇中带领他的研究小组回到美国,开始在布鲁克海文国家实验室进行试验。经过将近三年的锲而不舍的努力,终于在1974年8月第一次觉察到一种新粒子存在的迹象,其质量约为质子的三倍。由于丁肇中的小心谨慎,他们当时没有公布这一发现。1974年11月10日,丁肇中到美国西海岸出席斯坦福大学的一次会议时,得知该校加速器实验室的里希特小组也刚好独立地发现了同一现象,并已将新粒子命名ψ粒子,于是丁肇中立即通知他的助手发表他们的发现,并将新粒子命名为J粒子。

J/ψ粒子的发现,很快得到了全世界的承认。这一发现在物理学上意义重大。他们两人分获1976年的诺贝尔物理学奖金。1979年,在德国汉堡,丁肇中领导他的小组又找到了胶子,这是量子色动力学理论的一种重要证明,为统一强相互作用奠定了基础。

丁肇中已成为当代第一流的实验物理学家。他主持的德国汉堡电子回旋加速器研究小组,首先接纳了第一批中国科学院高能物理研究所的物理学家去西方工作。他每次到中国讲课,听众都是数以千计。他大部分时间是在汉堡工作,同时又担任美国麻省理工学院的物理学教授。他说:“在汉堡,我的生活就是工作,工作,再工作,对于我的小组,我尽量挑选那些也喜欢刻苦工作的人。”他不抽烟,不喝酒,不玩,也不看小说。当丁肇中还没有从事粒子物理学研究的时候,他偏爱科学史。他把法拉第看作是一个著名的历史人物,敬佩法拉第取得的科学成就及其所走过的艰难曲折的道路,立志做第二个法拉第。

 

丁肇中的家国情怀

 

初次见到著名物理学家丁肇中,笔者便被他的个人魅力所吸引:这位现年69岁的物理学大师身材高大、目光炯炯,富有大丈夫气魄。与他交谈,让人感受到理性而不乏幽默。随着对他了解的逐渐加深,笔者不禁为他的爱国情怀及献身科学的精神所感动。

 

●每年都要回国访问、讲学

 

在获得诺贝尔物理学奖29年后,丁肇中至今仍奋战在国际高能物理实验第一线,领导全球16个国家和地区的500多名科学家、1000多名工程技术人员,争分夺秒加紧阿尔法磁谱仪(AMS)的研制工作。

AMS是一种宇宙粒子探测器,实验目的在于探测太空中反物质和暗物质的存在,从而验证宇宙大爆炸及粒子物理的相关理论。这是人类第一次在太空中使用磁谱仪进行粒子物理研究。这一大胆设想,十多年前由丁肇中提出。1998年6月2日,AMS—01号搭载美国“发现号”航天飞机升入太空,完成了10天运行。AMS—02号计划于2007年由美国航天飞机送入国际空间站,运行3至5年。

丁肇中说,AMS-01号的研制过程中,中国科学家承担了核心部件———永磁体系统的设计和制造。正在研制中的AMS-02号,则将它的主体永磁铁更换为超导磁铁,中国科学家继续参与一部分工作。

近年来,丁肇中几乎每个月都要来中国。在AMS—02项目中,除中国科学院,东南大学是第一所加盟的中国院校,紧接着上海交通大学也加入进来,去年又新添山东大学、中山大学两所院校。确保探测器在太空中正常运行的热控制系统被丁肇中称为“非常重要的部分”,他将这一重任交与中山大学年轻的许宁生团队承担。丁肇中说:“我选择院校不一定看谁名气大,最重要的是看它对实验是否真有兴趣。”

AMS项目投资高达8.47亿美元。丁肇中常自嘲:“我是花钱最多、经济效益最少的人。”但他又指出,这些基础研究工作是出于人类对自然界和宇宙的好奇心,首先并不是出于经济利益的考虑。他认为,基础研究是新技术和工业发展的原动力,应该得到有力支持。

丁肇中对中国高能物理的发展一直十分关心。从1975年开始,他每年都要回国访问、讲学,30年来从未间断。获得诺贝尔物理学奖的第二年,1977年夏天,他带着妻子和两个女儿一起来华,受到了邓小平的接见。

邓小平对丁肇中说,中国发展高能物理急需培养一批实验人才,希望派中国科学家参加丁肇中的实验组。丁肇中毫不犹豫地答应了,双方最后商定中国每年派10人参加他在德国汉堡的马克·杰实验组,这也是中国首次与西方开展大型科学合作。在丁肇中的具体指导下,1988年10月,一座大型高能加速器———正负电子对撞机在北京西北郊建成。如今,在北京正负电子对撞机上做物理实验的科技人员,大多数都在丁肇中领导的实验组工作和学习过。

 

●“让他(儿子)知道他的根在这儿”

 

丁肇中1936年1月生于美国,3个月大时随父母回到中国,20岁只身赴美留学,1962年获得物理学博士学位,选定实验物理为主攻方向。他常说:“中国人的才能、智慧,不在任何国家的人之下。中国人要对自己的民族、国家充满信心。”

丁肇中因发现构成物质的第四种基本粒子———J粒子,获得1976年诺贝尔物理学奖。颁奖仪式上,他用一口流利的汉语发表演讲,使华夏语言第一次在诺贝尔颁奖大厅响起。

但这一愿望起初遭到美国官方反对,美国驻瑞典大使找到丁肇中说,你是美国出生的,不应用中文致辞,而且在场的大多数人听不懂。丁肇中回答:“你管不着这个,我愿意用什么语言就用什么语言。在场的听不懂没关系,这是全球广播,我希望占全球1/4的中国人听到。”

“人们常说,树高千丈,落叶归根;我是树高一丈,也要落叶归根啊!”1975年,丁肇中踏上阔别28年的故土。一位前去迎接的人打趣说:“您这是回到了娘家!”丁肇中纠正道:“我是回到了自己的家!”他专程到幼年读书的重庆磁器口小学,用四川话和孩子们交谈,孩子们惊喜地瞪大了眼睛,嚷道:“呀,他会讲四川话!”

2002年6月,在距第一次回归故里17年后,66岁的丁肇中又一次踏上了故乡山东日照的土地。海滨金色的沙滩上,他深情地抓起一把沙子,用手指来回揉搓着说:“这沙子比夏威夷的还要好……”最令丁肇中动情的莫过于参拜祖居、祭谒祖墓。在祖父坟前,丁肇中说:“真应该把儿子带回来,让他看看家乡,让他知道他的根在这儿。”

 

●“爱祖国,爱科学,双爱双荣”

 

丁肇中出身于一个革命志士和知识分子的家庭,他的外祖父王以成早年追随孙中山,在辛亥革命中牺牲。母亲王隽英是丁肇中最爱戴的人,1960年病逝于美国,临终前留下遗言:“爱祖国,爱科学,双爱双荣”。

丁肇中对科学的热爱近乎痴狂。他每天要埋头实验室十几个小时,有时候甚至接连三四天不睡觉。他说:“我完全靠工作来激发充沛的精力,工作就是我的兴趣,兴趣使我不会疲倦。”

“丁教授坐飞机是‘买月票’。”丁肇中的合作者说。为了和散布在世界各地的AMS研究机构保持密切联系,丁肇中每月要在瑞士和美国之间往返飞行2至3次,中途还要飞往中国和其他地方。一般人乘飞机睡不好觉,丁肇中正相反,坐飞机是最好的休息,常常见他一下飞机,眼睛还挂着血丝就直奔实验室工作。

“在科学领域,只有第一名,没有第二名。最重要的是不为名、不为利,坚持做自己认为最重要的事情。”丁肇中还强调:“为拿诺贝尔奖工作是非常危险的”,“从事科研要耐得住寂寞,更要有吃苦精神。”

 

《人民日报海外版》 (2005年04月04日 第二版)

 

丁肇中到常州大学城参观访问

 

2006年3月24日,著名物理学家、诺贝尔奖获得者丁肇中教授到常州大学城参观访问

2006年3月24日,著名物理学家、诺贝尔奖获得者丁肇中教授到常州大学城参观访问,笔者有幸随同采访。

当常州市委书记范燕青、人大副主任周亚瑜等向丁教授介绍常州文化和大学城建设情况时,丁教授不时插话,询问有关细节。还叮嘱有关领导:请你讲慢点,这样我才能记住。

在参观常州大学城的实训课堂时,丁教授不时停下来向老师和同学问些问题,仔细了解他们的研习内容。在一计算机系统结构课上,丁教授还座在同学的位置上对一位同学拆开的计算机表示出深厚的兴趣,并认真“研究”,其间还不时与同学进行交流。丁教授对常州大学城的同学们发表即席讲话时说:“我是学实验物理的,对计算机、仪器很有兴趣。通常一般的人认为会动手的人做试验,这个观点是错误的,试验科学,除了会动手以外,也要了解理论,所以我希望各位同学除了会动手以外,也想一想,这些东西是怎么来的,为什么会有这些东西,下一步应该怎么样,再下一步应该怎么样,在做试验的时候怎么样不断改进,只有这样知识和技术才能有创新。”动脑筋想问题的勉励给了大学们以极大的启迪。

访问快结束时,丁教授愉快地接受常州当地媒体记者的采访。当记者请丁教授就常州经济发展提一些建议时,丁教授依然不失他作为科学家的严谨和幽默:“这个问题应该问你们的市委书记。我此前对常州并不了解,没有什么建议!”科学家真诚的回答其实给了我们很好的答案。

或许这就是一名科学工作者真正的严谨与务实吧!

 

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