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丁肇中:从100亿个雨滴中找出一个红雨滴
作者:洪 武    文章来源:网络    点击数:    更新时间:2009/5/14

    【目 录】   


  丁肇中1936年1月生于美国,5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。”
  
  与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

    【目 录】   

2007年第02期目录
 除夕夜的抵达
 “醋吧”姑娘,酸酸甜甜赚大钱
 摆正自己的位置
 坚守诚信的底线
 午夜的木偶不忧伤
 难以启齿的理想
 生命如花
 丁肇中:从100亿个雨滴中找出
 田家炳:有一颗行星以他命名
 天堂里也有葡萄吗?
 我们是彼此最爱恋的宝贝
 美术生走在淡淡金色的黄昏
 喜欢你 也可以拒绝你
 一段留错言的电话录音
 穿过心海的呼唤等
 50万韩国人住中国
 好学生到哪里去了
 我不该这样爱你
 世说新语等
 我不是小猪 我是公主
 我是你眼中的一颗泪钉
 接纳自然法则
 魔方
 尤努斯博士的伟大证明等
 发光的海藻
 站起来的智慧
 如果想做一棵大树等
 50英镑
 法国满大街都是“脚后跟”
 马铃薯感冒症等
 数字化时代的破案
 悬棺悬谜
 亲密伙伴
 藏狼的智慧
 鱼和树
 18岁的不了情等
 高高的白桦树
 到老家去看病
 不死的慈善家
 父亲的植物学
 那年那温暖的灯光
 段轶轲:让青春在指挥棒下流光溢
 少年朱元璋
 预期的,能得到等
 想一分钟等
 一束光明等
 神奇的乒乓球等
 
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