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丁肇中:寻找宇宙秘密的人

发布时间:2022-02-09 08:40:23 浏览数:

1974年,著名美籍华裔物理学家丁肇中在美国的布鲁克海文国家实验所进行了一项大胆的、复杂得令人眼花缭乱的实验,他发现了一种人们以前完全没有预料到的粒子——J粒子。

丁肇中的发现,改写了相沿成习数百年的教科书,给亚粒子世界重绘了一幅崭新的图画。

由于发现了J粒子,许多物理学家便把“J以前”和“J以后”作为区分历史时代的标志。J粒子发现两年之后,丁肇中便荣获了1976年度的诺贝尔科学奖金,那年他仅40岁。

起点

1936年2月27日。丁肇中出生在美国密执安州安阿伯镇。他的中学时代在台湾度过。数学、物理成绩优异的他,对历史学也很有兴趣。

1956年8月底。丁肇中只身一人到美国安阿伯市的密执安大学留学。在大学里,他废寝忘食,埋头书斋,图书馆——实验室——食堂——宿舍。是他生活的轨迹。尽管美国大学里课余生活丰富多彩,却很少看到丁肇中的身影。同学们嘲讽他:塞缪尔(sar-nuel是丁肇中的美国名字)真是个怪人,学习顶呱呱,可惜不合群。

在学习上,丁肇中并不满足于几本教科书以及教师指定的参考书,他决心系统地、深入地搞清整个近代物理学的来龙去脉,及时、广泛地了解近代物理学的最新成就和发展趋势。他饶有兴趣地研究物理学大师们的经典著作,博览物理学期刊。

尽管丁肇中刚去美国时,口袋里只有100美元,而且举目无亲,英语也不太纯熟,但经3年努力之后,他获得了数学及物理学硕士学位。过了2年之后,他又荣获了物理学博士学位。

这时,丁肇中再次面临人生道路上的重大选择:是继续从事科学研究呢,还是经商、教学?跟丁肇中一块留学的台湾同学中。有的准备带着文凭回台湾求个一官半职,也有的打算继承家业做买卖。丁肇中对升官发财没有兴趣,决定留在美国继续从事物理学研究,把自己的命运同方兴未艾的高能物理研究牢牢地拴在一起。

选择

翻开物理学史,我们不难发现:物理学的发展犹如长江、黄河之水,后浪推前浪,滚滚东流。

17世纪,英国伟大的物理学家牛顿抓住了机械运动最本质的规律,建立了万有引力的理论;19世纪,麦克斯韦把零散的电磁现象加以归纳提炼,建立了电磁理论。这两种宏观的、长程的相互作用力,易于被人们观测和认识,但人们又发现这两种理论存在着矛盾。1915年,爱因斯坦提出的广义相对论和20世纪30年代出现的量子力学,弥补了上述两种理论的不足,形成了“量子电动力学”。

随着科学的发展,在微观世界的研究中又提出了许多新课题:在宇宙线里和高能加速器中,相继发现了一大批“基本粒子”,难以用经典物理学来解释。这些“基本粒子”令人眼花缭乱,难以理出头绪。

在世界各国科学家的共同努力下,人们把原子中的各种粒子分成“轻子”和“强子”两大类。然而“强子”又可以再分割。那么,究竟是什么构成物质的真正“基本粒子”呢?弱相互作用(作用于所有强于、弱子)和强相互作用(仅仅作用于强子)究竟是怎么一回事?这两种相互作用同万有引力以及电磁作用四者之间,又是一种怎样的关系呢?

丁肇中通览了物理学发展史后。看清了自己要走的路。对于他来说,近代物理学就像是一个大漩涡。其中心部分就是实验高能物理学。越接近这个漩涡的中心吸引力就越大,丁肇中就越离不开它。

于是,丁肇中带着这些问题,在瑞士、德国、美国反复做实验,悉心研究。

发现

1972年,丁肇中向布鲁克海文国立实验所提出了寻找新粒子的计划。由于这一实验费用高、难度大,所以,他的计划一出台,便受到来自各方面的批评和责难。

“即使丁肇中的实验能够搞起来,也没有什么价值。在丁肇中计划实验能量区域内,新的、长寿命的重粒子是根本不存在的,这是一般教科书上的常识。”一位著名的物理学家这样断言。

“丁肇中的实验纯属劳民伤财,在他那个实验能量区域内,即使有什么新的粒子出现,也不过是些宽度很大的粒子。”又一位权威的物理学家给他泼冷水。

对于来自各方面的非难,丁肇中毫不示弱。他对那些权威们说:“先生。这不是不懂常识的问题,而是要靠事实来回答的问题。什么叫常识?常识就是不经证明而常常引用的知识。一个人不可不懂常识,但是过分迷信常识的科学家,往往就会错过一些重大发现的机会。”

丁肇中坚信自己的预见,决心向常识挑战。他再三告诉自己的实验组成员:“不要管反对意见是多么不可一世。决不要放弃自己的科学观点,要毫不胆怯地迎接挑战,要始终坚持对我的科学观点的探求。”

事实证明丁肇中的观点是对的。J粒子的发现。在当时物理学界掀起了轩然大波。这件意料不到的事,使实验物理学家和理论物理学家都大为惊异:现有的基本粒子理论中出了一个大漏洞,为什么先前没有预料到它的存在呢?此刻,那些曾经嘲讽、攻击过丁肇中的权威们。在事实面前也只好认输了。

心声

1976年丁肇中获得诺贝尔物理学奖。

按照惯例,在诺贝尔奖授奖仪式上,获奖者要用本国语言发表演讲。丁肇中是美籍华裔,因此,在授奖典礼上,他必须用美国语言——英语发表演讲,以前的美籍华裔诺贝尔奖获得者都无法打破这一贯例。

但丁肇中认为自己是中国人的后代。只不过是在美国的土地上出生而已。他决心实现自己的愿望:让中华之声响彻诺贝尔授奖大厅。

1976年12月10日下午4时许。在瑞典首都斯德哥尔摩音乐厅内,丁肇中跟其他诺贝尔奖获得者一道,在受奖席上就座。他抬眼望去,只见主席台前、大厅两侧都摆满了鲜花,好像绚丽的彩霞落到了人间;能容纳2000余名观众的大厅内坐满了外国来宾、瑞典社会名流;大厅门口挤满了头戴白帽、手持彩旗的大学生组成的欢迎队伍。

军乐队奏起了瑞典王室音乐,典礼开始了。

诺贝尔奖基金会主席简要地介绍了丁肇中的贡献后。在庄重、悦耳的王室音乐中,丁肇中精神抖擞地走到讲台中央扩音器前,用流利的汉语讲道:

国王、王后陛下、皇族们,各位朋友:

得到诺贝尔奖,是一个科学家最大的荣誉。我是在旧中国长大的,因此,想借这个机会向发展中国家的青年们强调实验工作的重要性。

中国有句古话“劳心者治人,劳力者治于人”,这种落后的思想,对发展中国家的青年们有很大的害处。由于这种思想,很多发展中国家的学生都倾向于理论的研究,而避免实验工作。

事实上,自然科学理论不能离开实验的基础,特别是物理学更是从实验中产生的。

我希望由于我这次得奖,能够唤起发展中国家的学生们的兴趣,而注意实验工作的重要性……

大厅里回荡着丁肇中那浑厚的声音,他是在用汉语作激动人心的演讲。

自诺贝尔奖1901年问世以来,在500多位获奖人中。继李政道后又一个用汉语在这里发表演讲。台下2000多位来宾并没有因为听不懂汉语而不满,恰恰相反,大家都在全神贯注地听着。而且对这位杰出的中年物理学家更增加了敬佩之情。

此刻,坐在主席台上的一位白发苍苍的中国老人禁不住热泪盈眶,他就是丁肇中的父亲丁观海,一位是专程从台湾赶来瑞典参加儿子受奖仪式的中国老工程学者。

乡情

身在大洋彼岸的丁肇中,心中却常惦记中国的亲友和故乡。

1977年8月。10年动乱结束了,丁肇中决定实现中美科学技术史上的首次大规模合作——由中国科学院选派最有培养前途的青年物理学家参加丁肇中领导的高能物理研究工作。5个月之后,27位平均年龄不到40岁的中国年轻的物理学工作者远涉重洋,来到了位于德国汉堡的电子同步加速器研究中心,参加丁肇中教授领导的马克·杰实验小组的科研工作。

这27名中国年轻物理学工作者回国后。已成为我国高能物理研究领域的骨干、带头人。而且,在丁教授的具体指导下,一座大型的高能加速器——正负电子对撞机在北京西北郊建成了。这座由邓小平同志题名奠基的“中国科学院高能物理研究所北京正负电子对撞机国家实验室”。正在为我国科学研究和经济建设服务。

丁肇中教授表示:“我很乐意为中国的科学现代化贡献我的一份力量。我热切希望中国年轻一代能迅速成长,能出现一批真正的‘科学巨人’。”

1982年春节过后,丁肇中来到中国合肥,愉快地接受了中国科技大学名誉教授的聘书。他兴致勃勃地与该校的少年大学生们进行了交谈,以启发他们的思路,开阔他们的视野。他说:“我一生所学的可以归纳为:准确选择自己感兴趣的一个学科,透彻地理解它。摒弃一般流行见解,坚持自己的科学观点。对自己的成就要有所怀疑,十分仔细地去进行验证自己的工作。比如,当我们实验小组发现了新的重粒子(J粒子)之后,我要求实验小组成员对外界绝对保密,必须再次核实这个实验。一定要做到万无一失。越是重大的发现。越是要慎重、周密。于是。我们用了两套截然不同的方法来检验新粒子。两组人员,两种步骤,两组数据……终于得到完全相同的结论后,我才对新闻界发布消息。我认为:只要你肯干,肯自强。一个普通人也可以有伟大的成就。”

近年来。丁肇中更是热心于祖国高能物理人才的培养,经常回中国讲学,并选拔国内的优秀人员到他的实验组工作。他还被聘为中国科学院高能物理研究所学术委员会委员。

J粒子把丁肇中带上了荣誉的顶峰,但并不意味着他已经到了科学事业的制高点。丁肇中知道自己任重而道远,一个又一个的科学堡垒等待他去攻克。

丁肇中率领实验小组在德国汉堡的电子同步加速器中心的佩特拉正负电子对撞机上做实验,寻找把“夸克”结合在一起的物质——胶子存在的证据;在瑞士日内瓦“莱普”正负电子对撞机上作实验,寻找第6个“夸克”——“顶夸克”(七)、中间玻色子等新粒子。他还要寻找自然界的4种力(万有引力、电磁力、弱力和强力)之间存在联系的实验证据。

在瑞士日内瓦高能物理加速器那庞大的装置中,丁肇中要模拟地天初开时的一刹那:宇宙爆炸、星际间布满炽热星尘,他要研究此刻的地质结构变化和物质间的相互作用。这一实验的费用由13个国家联合负担。光在这个研究小组里,就有400多位优秀的高能物理学家,还有1000多位工程技术人员。丁肇中要在理想的环境中,将约10亿伏特的电子输入粒子加速器。再和同样高压的反电子对撞。电光石火在一亿分之一秒内撞击,足以产生惊天动地的变化,发出的高温相当于太阳表面温度的几百亿倍,完全是宇宙开始的条件。预料这一实验结果公布后,将是粒子物理学上的又一惊人发现。

责任编辑:毛 子

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