丁肇中：从100亿个雨滴中找出一个红雨滴

　　2006年11月20日，诺贝尔奖金获得者、世界著名物理学家丁肇中教授应朱邦造大使的邀请，来到中国驻瑞士 大使馆，做了一场精彩的讲座。本报记者详细描述了这次讲座，有志科学和创新的读者，不可不读。

　　本报驻瑞士特约记者　　洪武

　　记者12年前曾经在日内瓦听过他的讲座，当时他的辅助工具是幻灯机，寥寥数语就把枯燥抽象的物理知识讲述得一 清二楚。12年轮回，如今他改用袖珍电脑，内容更加丰富，画面更加生动，但不变的是他那深入浅出讲故事的能力。

　　丁肇中1936年1月生于美国，3个月时随父母回到中国。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20岁时只身赴美留学，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，他特意用一口 流利的汉语演讲，使华夏语言第一次在诺贝尔颁奖大厅响起。

　　5个物理实验

　　跨越了48年

　　丁肇中说：“我这几十年做了5个物理实验，得出了5点体会。”

　　“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。”这位华裔诺贝尔奖得主，以他自己将近半个世纪以来亲身经历的5个物理实验，讲述他对科学 创新的理解和人生感悟。

　　第1个实验是测量电子的半径。1948年，根据量子电动力学，也就是费曼、施温格和朝永振一郎提出的理论，电 子是没有体积的。这个理论被当时所有的实验所证明，他们因此获得诺贝尔奖。

　　但到了1964年，哈佛大学和康奈尔大学的著名教授和专家们得出了相反的结论——量子电动力学是错误的，换言 之，电子是有体积的！

　　孰是孰非？因为这关乎物理基本观念，所以28岁的丁肇中决定用不同的方法来测量电子的半径。那时，他刚刚拿到 博士学位，没有任何经验，所以没人相信他能做出这样的实验，也没人支持他。

　　1965年，丁肇中决定放弃在美国大学的前途，到德国汉堡去，用新建的加速器重做实验。8个月以后，他的实验 证明，量子电动力学是正确的：电子是没有体积的，它的半径小于10的负14次方厘米。

　　丁肇中教授说：“我的第一点体会是：不要盲从专家的结论。因为在我没有做实验以前，都是世界级的专家在做这个 实验。”

　　从每秒100亿个雨

　　滴中找一个红雨滴

　　第2个实验是发现新粒子家族。在1974年以前，物理界认为所有的粒子都是由3种夸克所组成。丁肇中对此提出 疑问：为什么宇宙中只有3种夸克？为了寻找新的夸克，他决定建立一个高灵敏度探测器。70年代初，他设计了一个精确度 极高的实验：“相当于在北京下雨时，每秒钟有100亿个雨滴，如果有一个雨滴是红色的，我们要从这100亿个里找出来 。”

　　这个实验不受物理学界欢迎，因为大家都相信只有3种夸克，却没有人相信如此困难的实验能成功。

　　1972年，美国的布鲁凯文实验室终于接受了丁肇中的实验。

　　这个实验需要10000吨水泥、5吨U238、100吨铅、5吨肥皂。最困难的是向政府申请5吨肥皂，因为一 般人无法理解为什么要用这么多肥皂。实际上原因很简单：肥皂内含有轻离子，是用来隔离中子对粒子的干扰的。

　　两年以后，丁肇中果然发现了一种新的粒子，它具有奇异的特性：它的寿命比已知的粒子长一万倍。新粒子发现以后 ，很快同样寿命的类似粒子也相继被发现。丁教授解释说：“它的重要性类似我们发现一个偏僻的村子里面，所有的人都是百 万岁左右，这就表示这个村子里的人和普通人完全不一样。这种新粒子的发现，证明了宇宙中有新的物质存在，它们是由新的 夸克组成的，我们把它命名为J粒子。

　　”

　　J粒子的发现，改变了物理学界长期认为世界上只有3种夸克的观念，改变了人类对于物质基本结构的认识。继J粒 子之后，人们又找到了新的粒子，现在我们已经知道，世界上至少存在6种不同的夸克。

　　丁的第二点体会是：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。同时，决策机构要给优 秀的年轻人以机会。”

　　与邓小平

　　鲜为人知的交情

　　第3个实验是发现胶子。什么叫发现胶子？丁教授娓娓道来：“在原子外面是电子，里面是原子核，原子核里面是粒 子，粒子里面是夸克。宇宙中有4种力：引力、电磁力、弱力和强力。强力是由胶子传输的。70年代，我在德国使用300 亿电子伏的电子对撞机做实验，原来的目标是继续寻找电子半径，突然注意到，在正电子和电子对撞的时候，产生夸克，出现 胶子喷注。”

　　1979年9月，美国《纽约时报》头版消息报道了丁肇中发现胶子的消息。值得关注的是，中国科学院高能物理研 究所唐孝威等27名中国科学家参加了这项实验研究。在有关核粒子的国际合作研究项目史上，这是第一次。这是中国的一大 贡献。

　　1977年8月，邓小平建议每年派10位科学家参加丁肇中的工作，从那时起，中国科学家不断参加丁教授的团队 ，并作出了令世界公认的贡献。

　　丁教授曾经多次见到邓小平先生。特别值得一提的是，1984年10月，邓小平还特别安排丁教授的父亲从台湾秘 密取道日本访问北京。丁教授回忆道：“每次见到邓小平，我都向他介绍我的工作。他对物理很有兴趣，问我很多问题。他们 家共有5个人学习物理！在我接触过的国家元首和科学家中，邓小平主席是最特殊的。”

　　第3个实验中得出的第3点体会是：做科学研究对意料之外的现象要有充分准备。

　　第4个实验

　　造就了300个博士

　　第4个实验是在欧洲核子中心做的L3实验。这是用的是一个周长27公里的加速器，1000亿电子伏特正电子与 1000亿负电子对撞。它瞬间产生的热量，相当于太阳表面温度的4000亿倍，也是宇宙诞生最初的1000亿分之一秒 时的温度。实验仪器使用的磁铁是1万吨，探测器包括300吨铀，均来自苏联。

　　这是首次由美国、苏联、中国、欧洲等19个国家600名科学家共同参加的大型国际合作。中国政府非常支持L3 实验，提供了很大帮助，包括一台非常先进的计算机，同时还在上海硅酸盐工厂生产BGO晶体。

　　L3实验共发表了271篇文章，有300人因这一研究工程而获博士学位。

　　第4点体会是：主持国际科学合作，要选科学上最重要的题目。

　　只有这样，才能引起参加国科学家的最大兴趣，才能得到参加国政府长期的优先支持。

　　研究反物质

　　挑战太空

　　第5个实验是国际空间站上的AMS实验。根据大爆炸的理论，宇宙起源时的温度非常高，物质与反物质的数量应该 一样多，因为大爆炸以前是真空。现在宇宙已经存在了150亿年，反物质在哪里呢？什么叫反物质？

　　在获得诺贝尔物理学奖30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“

　　丁肇中说，他曾经向胡锦涛主席报告过中国参加AMS实验的意义，中国政府对这个项目也有很大兴趣。在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，中国科学家在继续参与工作。

　　近年来，丁肇中几乎每个月都要回中国。在AMS-02项目中，除中国科学院，

　　第5个体会是：要实现目标，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。