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丁 肇 中

时间:2019-06-21    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大

 肇 中

   

家庭的熏陶

  

1936 年,在一个温馨的春夜,一颗光采夺目的智慧之星,降临到美国密

执安大学的校园里——他就是丁肇中。丁肇中成名后,曾经动情地谈到自己

非同寻常的身世,他说:我在第二次世界大战初期,出生在一个主要由教

授和革命志士组成的家庭里,我的父母都希望我出生在中国,但在他们访问

美国时,我提早出世,由于这个意外,我成为美国公民,这个突来的小插曲,

却也影响了我的一生。

丁肇中的父亲丁观海和他的母亲王隽英在上海光华大学读书时相识。他

们先后到达密执安大学攻硕士学位。丁观海和王隽英志同道合,互敬互爱,

终成伴侣。婚后不久,王隽英便怀孕了。经过刻苦攻读,两位勤奋的年轻人

双双获得了学位,但却无意久留海外,他们日夜思念祖国和亲人,决心回国,

以科学救国。1936 年初,丁观海先期回国,到河南焦作化工学院任教。当时

王隽英即将分娩,难以承受海上颠簸,独自留在了美国。直到这年春天,她

怀抱着出生刚  个月的丁肇中历尽艰辛也回到了祖国。

丁观海教授一家人回国后不久,震惊中外的七七事变爆发了。孩提

时代的丁肇中,伴随着兵慌马乱的岁月,跟随父母开始了在全中国范围的逃

难生活。丁肇中的外祖父王以成,早年追随孙中山先生,在辛亥革命中壮烈

牺牲。母亲王隽英成年后牢记父亲的遗志,决心献身于报效国家和民族的事

业。当时眼看大片国土沦丧,便毅然同丈夫一起携幼子到后方的重庆参加抗

战工作。抵达重庆后,丁观海教授在重庆大学和复旦大学任教,王隽英在西

南教育学院担任了女生指导。由于父母忙于工作,丁肇中由外祖母抚养长大。

在丁肇中的记忆中,外祖母给他留下了不可磨灭的印象。她性格刚毅,勇敢,

无畏,爱憎分明,给少年丁肇中树立了做人的榜样,对他以后的成长产生了

重大影响。年复一年的战争,艰难岁月的磨炼,使丁肇中从小就饱尝了生活

的艰辛。由于父母和外祖母的爱抚,使他一次又一次从疾病和死神的威胁下

挣脱出来。在战争、饥饿、疾病和困苦的境遇中,他渐渐地长大了,进入重

庆磁器口小学读书。

丁肇中  岁那年,日本侵华战争结束,他跟随父母来到南京,进入一所

小学读书。和同年龄的孩子相比,他非常刻苦用功。小小年纪便常说:

电影是金钱和时间上的浪费,尤其是时间,那是最浪费不起的!后来,他

跟随父母到了台湾。进入中学以后,他如饥似渴地用功读书,经常与同学去

附近的师范大学图书馆看书。他读书非常专心,遇到疑难问题,决不中途退

缩,不是查阅参考书籍,就是向老师和同学请教,直到弄清为止。平时几乎

没有什么消遣。就这样,他逐渐在数学和物理方面展现出才华和实力,为后

来成为一位卓越的物理学家奠定了坚实的基础。

   

不同寻常的圣诞礼物

  

1956   月,刚在台湾读了一年大学的丁肇中只身踏上了赴美求学的征

程。抵达美国后,他寄住在布朗教授家中。作为密执安大学工学院的学生,

第一年他是在语言不通、生活环境不同、学习困难的情况下度过的。后来,


他发现自己不太喜欢机械制图,却对数学和物理发生了浓厚兴趣,于是便转

到理学院读书。1957 年暑假时,他读了一本名叫《原子光谱》的书,第一次

接触到光子的概念,以及光子在原子物理上的作用。

大学即将毕业时,丁观海教授寄来一本《量子电动力学》,作为圣诞礼

物送给他。量子电动力学(QED),是研究微观粒子运动的科学。这门科学的

出现,标志着人类对自然界各种客观规律的认识,已经深入到微观世界,大

大促进了原子物理、固体物理和核物理等学科的发展。丁肇中对父亲送的礼

物爱不释手,他反复研读这本书,并论证了书里的许多方程。从此,量子电

动力学理论成了丁肇中最喜欢钻研的科学。父亲送给他的这一不同寻常的圣

诞礼物,在这位未来实验物理巨匠的心中播下了不灭的火种。这时他虽然还

是一个不为人知的大学生,然而在心中却萌发了一个念头:把自己的一生献

给物理学。他清楚地知道自己选择的是一条充满艰难险阻的道路,但他坚信

只要埋头苦干,潜心钻研,普通人也能作出辉煌的业绩。

1959 年夏天,丁肇中读完大学,同时获得了数学和物理学两个学位。大

学毕业后,他获得了美国奥克瑞奇中心从事粒子物理研究的奖学金。正当准

备赴普林斯顿高等研究所工作时,他结识了在密执安大学建筑系读书的凯・路

易丝・库妮。于是,他放弃了去普林斯顿的计划,决定继续留在密执安大学

攻读博士学位。1960  11  23 日,丁肇中同凯・路易丝・库妮结为伉俪。

而后,他进入密执安大学物理研究所,不久又来到旧金山附近的伯克利电子

直线加速器中心,迈上了成为实验物理巨匠的征程。

   

验证 QED

  

从学生时代起,丁肇中就善于深刻地独立思考各种问题,因而刚出校门,

便接连做出了惊人的成绩。

丁肇中来到哥伦比亚大学工作的第二年,哈佛大学的一位很有名的教授

做了一个光子产生电子的实验,实验结果认为量子电动力学(QED)是错误的。

1965 年,康乃尔大学的教授们重复了这个实验,宣称得到的结果和哈佛大学

教授的意见是一致的。丁肇中对著名物理学家和教授们得出的这一结论感到

困惑不解。一天,他找到莱德曼教授说:我可不可以重复一下这个实验?

莱德曼听了,不以为然地说:这恐怕很困难,因为你从来没有在电子加速

器上工作过,也不是很有名的教授,物理学界也没有人支持你。莱德曼教

授的劝阻,并未能使丁肇中止步。他想:自然科学不是以多数为主的科学,

并没有少数服从多数的原则;恰恰相反,往往是少数人的意见是对的,因而

纠正了多数人的看法;科学家的责任是去发现自然的真相,而不是盲目地人

云亦云。既然在美国难以检验量子电动力学,那只好去德国了。他的想法得

到了德国电子同步加速器中心(DESY)负责人的热情支持。

1965  10 月,丁肇中风仆仆地到达汉堡后,DESY 给他配备了一个小组,

找了几名助手,便开始了紧张的工作。起初,听说做实验所需的磁铁要一年

之后才能制造出来,他觉得时间太长了,决定自己设计出另一个谱仪。为此,

他每天睡眠不超过二三个小时。为了实验,还制作了各种计数器。那时德国

在高能物理研究方面,无论是实验设备还是研究水平,都远比美国落后。实

验是在 6 个 GEV 的加速器上做的,为了取得确切数据,丁肇中就住在靠近技

术厅的屋子里,没有回过家,总是全神贯注地盯着所有的计数器。经过反复


检验,包括改变实验条件,改变电子学条件,证明实验结果是对的,QED 

对的。

在斯坦福学术讨论会上,丁肇中报告了实验结果,用大量确凿的数据说

QED 是正确的,并指明了哈佛大学教授们的实验失败的原因。他的报

告引起了极大轰动,这一实验使他成为令人崇敬的知名学者。

   

寻找  粒子

  

1971 年,丁肇中怀着渴求科学真理的急切心情,雄心勃勃地来到纽约附

近的布鲁克海文实验室,开始了寻找  粒子的艰苦历程。

著名的布鲁克海文实验室,地处美国东海岸一个名叫长岛的地方,这里

空气新鲜,树木葱郁,犹如世外桃源。在这里,科学家们正借助高能加速器

的巨大威力探索着原子核里的各种粒子的奥秘。丁肇中经过同工作人员反复

讨论,决定在一台能量为 30 亿电子伏特的质子同步加速器和相应的探测器上

进行实验。这次实验异常艰巨,丁肇中曾对此作过一个生动的比喻,他说:

在雨季的时候,一个像波土顿这样的城市,一秒钟之内也许要降落下千千

万万的雨滴,如果其中的一滴雨有着不同的颜色,我们就必须找出那滴雨!

这次实验因非常冒险,又花费昂贵,曾受到许多非议。比如,它除了需

要复杂精密的加速器和探测器外,为了防止实验进行过程中原子核分裂造成

的严重辐射,在实验区里共用了  万吨水泥块、100 吨铅、5 吨铀、5 吨硼砂

作屏障物。

实验开始后,丁肇中和他的助手们日夜守候在一台台闭路电视机前,密

切注视着各种仪器的工作情况。忽然,仪器上出现了危险信号:尽管用了大

量的屏障物,在实验区仍然出现了很强的核辐射。

毛病究竟出在什么地方呢?……这么大剂量的辐射,显然人是受不了

的!难道实验真的因此不能进行下去吗?丁肇中翻来覆去地思考着。沉思

良久,他又醒悟过来:作实验就好像打仗一样,不能有丝毫的犹豫和动摇,

现在唯一的办法是尽快设法查明辐射的来源,使实验按照原定的计划进行下

去,而不是半途而废!丁肇中就是这样一位非常勇敢、坚定而又沉着的科

学家,他决不因为出现一点风险就放弃自己的整个计划。在他和助手们的精

心检查下,很快找到了漏洞——用来阻挡发射质子束流的阻塞物的顶端这样

一个十分重要的地方,却没有任何屏障!漏洞堵塞后,辐射立即降到了安全

水平。

实验继续进行,从    月,整整紧张地工作了  个月。他们常常是通

宵达旦,夜以继日地工作;有时,过了午夜他还守在仪器旁,一直工作到凌

晨才回宿舍睡觉。丁肇中对自己对别人都要求十分严格,为了求得绝对准确

的实验结果,他每作一次实验,常常不是重复验证一次,两次,而是不厌其

烦地重复多次,直到结果是千真万确才罢。他认为,在科学的道路上,不脚

踏实地的工作,不付出艰苦的劳动,就不可能前进;松松垮垮,舒舒服服,

是搞不出名堂的。

1974   月的一天,奇迹终于出现了:他们将一束能量很高的质子束流

打在铍的原子核上,发现了一个重量比质子重  倍的新粒子。在这个空前的

重大发现面前,丁肇中既没有欣喜若狂,也没有深信不疑,却表现得十分冷

静谨慎。他为了证实自己的实验结果是科学上的新发现,紧接着又用不同的


方法把新粒子散布到探测器的不同部位去,又领导助手们运用不同的计算程

序进行检验,仔细检查了所有的仪器和工作环境,确认实验结果是完全正确

的。至此,丁肇中才和他的助手们怀着无比兴奋的心情,决定把这个新粒子

命名为  粒子。

 粒子的发现,引起各国科学家和学者的空前注目和轰动,也使一度沉

寂的国际高能物理学界重新活跃起来。J 粒子的问世,好比敲开了一个基本

粒子家族的大门,给高能物理学的研究展示了崭新的前景。

   

空前规模的  实验

  

近年来,凡到过欧洲核子研究中心访问的人们,在这个硕大的核子研究

机构的墙壁上,都能看到一张式样奇特的挂图,图的背景是风景秀丽的日内

瓦城,圆圈的中心则印着三个大写的英文字母:LEP。这是迄今为止世界上最

大的正负电子对撞机的示意图。这台周长 27 公里,跨越瑞士和法国的巨型粒

子加速器,能量高达 1300 亿电子伏特,它用相当一个城市的电力,让正负电

子在  秒/亿的时间里碰撞。在对撞机的四周,设置着粒子探测系统,正负电

子注入环中,反向流动,进行对撞。首期工程中建立的四个不同的大型探测

系统,月的是高精度地测量对撞中产生的粒子的各种性质,包括它们的方向、

通过的时间、能量、电荷、质量等等参数。

早在这台世界上最大的正负电子对撞机动工兴建之初,国际上许多物理

学家就纷纷提出实验计划,希望能中标。然而在由各国组成的委员会进

行的无记名投票中,丁肇中提出的  实验计划以压倒多数获得通过。后来,

美国、前苏联、瑞士、德国、法国的物理学家与工程人员都竞相参与这一实

验。所谓  实验即模拟宇宙的形成,也就是大爆炸,要创造这种条件,模拟

宇宙开始的情形。这一实验同其他实验的不同之处,按丁肇中的解释是:

高精度地测轻子,我们将寻找粒子质量的起源,正负电子对撞,对撞产生电

子、u 子、丢失的粒子;通过不同的能量寻找新粒子。

人类规模空前的  实验,耗费了丁肇中大量的时间和精力。由于实验极

为复杂,牵涉的学科又多,加之许多国家合作进行,他作为这一实验项目的

总负责人,每天的工作量大得惊人。特别是在  实验准备工作期间和实验开

始以后,丁肇中可谓日理万机。这项由 14 个国家的 460 多位物理学家和 600

多位工程技术人员参加的实验,共有  个巨型探测器,这些探测器不仅物理

设计构思复杂新颖,而且所需的原材料都没有成品。为确保实验成功,丁肇

中从领导科技人员研制探测器开始,便年复一年地在世界各地奔波。

探测器设计出来以后,丁肇中和他的合作者们首先遇到的问题是:大量

的错酸铋晶体从哪里来?当丁肇中了解到前苏联有氧化锗,中国有氧化铋,

上海硅酸盐研究所有可能研制出大量 BGO 晶体时,他当即飞往前苏联带上氧

化锗,再飞到上海,直到帮助硅酸盐所研制出大量合格的 BGO 晶体为止。

又如  实验用的  子探测器,它的主要部件是在美国的波士顿制造,激

光校正系统在瑞士制造,强子量能器则由前苏联、中国和美国科学家共同设

计。在它们研制过程中,丁肇中也倾注了大量心血。

总之,参加  实验的各国科学家们能够不分国籍,不分政治见解,亲密

无间地完成如此空前复杂的大规模科学实验,理应归功于丁肇中不带任何偏


见的组织与领导。

丁肇中在谈到他所从事的这项实验时,指出:人类早期认为物质的始

元是水、土;这个世纪初进一步认识到所有物 质由化学元素组成;后来发现

了质子、电子,观念改变了;现在,科学家们则认为物质由夸克组成;可是

问题是:为什么宇宙中只有五种夸克?为什么只有电子、u 子?轻子有多大?

轻子人们每天都用到它,轻子的体积太小了,人们不能测量,为什么物质有

质量?因此,我们有兴趣做这个实验。

目前,丁肇中正全力以赴地带领着千百位科学家日日夜夜致力于探索物

质微观世界的奥秘。人们热烈期待着丁肇中领导的  实验,把宇宙间的几种

力统一起来,这不仅对深刻理解物质结构有深远意义,而且在未来的二三十

年内,有不可估量的应用价值。

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