首页 > 人物 > 人物故事 > 丁肇中:从100亿个雨滴中找出一个红雨滴

丁肇中:从100亿个雨滴中找出一个红雨滴

2015-03-20

丁肇中1936年1月生于美国,3个月大时随父母回到中国?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?”

因发现构成物质的第四种基本粒子——J粒子,丁肇中获得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?

2006年11月20日,诺贝尔奖获得者?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?

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?

向世界级专家挑战的实验

第一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10-14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100亿个雨滴中找一个红雨滴

第二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,我们就要从这100亿个里找出它来?”

这个实验不受物理学界欢迎,毕竟大家都相信只有3种夸克,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吨铀?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10000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?

丁教授的第二点体会是:“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?”

邓小平鲜为人知的交情

第三个实验是发现胶子?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?20世纪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,并做出了令世界公认的贡献?

丁教授曾经多次见到邓小平?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?”

第三个实验中得出的第三点体会是:做科学研究对意料之外的现象要有充分准备?

第四个实验造就了300个博士

第四个实验是在欧洲核子中心做的L3实验?这次用的是一个周长27公里的加速器,1000亿电子伏特正电子与1000亿电子伏特负电子对撞?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10000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?

第四点体会是: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

第五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?

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?

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?

这一大胆设想,十多年前由丁肇中提出?1998年6月2日,AMS-O1号搭载美国“发现号”航天飞机升入太空,完成了10天运行?丁肇中激动地说:“航天飞行中发现了外太空中许多想象不到的现象?例如在靠近赤道的地区,正电子的数量为电子的4倍?”AMS-02号计划于2007年由美国航天飞机送入国际空间站,运行3~5年?

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,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?”

第五个体会是: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?

关键词: 红雨 丁肇中 雨滴

日期选择

一周趣闻

查看更多