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62、6.丁肇中及其J/ψ新粒子的發(fā)現(xiàn)丁肇中教授是世界著名的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家。他1936年1月27日生于美國，祖籍中國山東省，中學(xué)時(shí)代是在臺灣度過。1960年丁肇中獲碩士學(xué)位，1962年獲博士學(xué)位。1963—1964年在歐洲核研究中心工作。在丁肇中所從事科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究工作中，有幾個(gè)他親歷并引以為自豪的精彩片段。
第一個(gè)片段是發(fā)生在1966年，丁肇中重做了當(dāng)時(shí)世界上最重要的一個(gè)實(shí)驗(yàn)，那就是測量電子的半徑。丁肇中得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論物理學(xué)家推導(dǎo)出的理論相符合，因?yàn)樵缭?948年，理論物理學(xué)家根據(jù)量子電動(dòng)力學(xué)的理論，得出電子是沒有的體積的結(jié)論。但是到了1964年，實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家經(jīng)過實(shí)驗(yàn)得到電子半徑為10—13厘米實(shí)驗(yàn)結(jié)果。隨后，多個(gè)物理學(xué)家同樣得到電子半徑為10—13厘米實(shí)驗(yàn)結(jié)果，即得出了實(shí)驗(yàn)與理論不相符合的結(jié)論。1966年，丁肇中重做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，證明以前那些科學(xué)家做的實(shí)驗(yàn)結(jié)果都錯(cuò)了。后來丁肇中總結(jié)這個(gè)故事得出的體會是“做實(shí)驗(yàn)物理，不要盲從專家的結(jié)論”。
第二個(gè)片段就是J粒子家族被發(fā)現(xiàn)的歷史。1970年代初，物理學(xué)家們普遍認(rèn)為，世界上只有三種夸克，用三種夸克的理論就能夠解釋世界上所有的現(xiàn)象。1974年，他們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)質(zhì)量約為質(zhì)子質(zhì)量3倍（質(zhì)量為3.1×109eV）的長壽命中性粒子。在公開發(fā)表這個(gè)發(fā)現(xiàn)時(shí)，丁肇中把這個(gè)新粒子取名為J粒子，“J”和“丁”字形相近，寓意這是中國人發(fā)現(xiàn)的粒子。與此同時(shí)，美國人B.里克特也發(fā)現(xiàn)了這種粒子，并取名為ψ粒子。后來（1975）人們就把這種粒子叫作J/ψ粒子。J/ψ粒子具有奇特的性質(zhì)，其壽命值比預(yù)料值大5000倍。J/ψ粒子的發(fā)現(xiàn)大大推動(dòng)了粒子物理學(xué)的發(fā)展。為此丁肇中和里克特共同獲得1976年諾貝爾物理獎(jiǎng)。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了當(dāng)時(shí)三種夸克的理論是錯(cuò)誤的。丁肇中體會這段歷史總會說：“做基礎(chǔ)研究要有信心，你認(rèn)為是正確的事，就要堅(jiān)持去做；不要因?yàn)槎鄶?shù)人的反對而不做，也不要去管其他人怎么看。”
第三個(gè)片段是膠子的發(fā)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)。在物理學(xué)中，理論上認(rèn)為夸克之間的力是膠子傳遞的。如果膠子是存在的，那么在高能正負(fù)電子對撞的實(shí)驗(yàn)中就會出現(xiàn)三個(gè)噴注的現(xiàn)象。如果膠子不存在，那么在高能正負(fù)電子對撞的實(shí)驗(yàn)上就不會出現(xiàn)三個(gè)噴注的現(xiàn)象，只會有兩個(gè)噴注現(xiàn)象。在實(shí)驗(yàn)中，丁肇中果然發(fā)現(xiàn)了三個(gè)噴注的現(xiàn)象，這證明了膠子的存在。丁肇中根據(jù)這個(gè)“故事”告誡年輕科學(xué)家們，“做實(shí)驗(yàn)物理要對意外的現(xiàn)象有充分的準(zhǔn)備”。
第四個(gè)片段是在過去20年間丁肇中在西歐核子中心開展的富有成效的國際合作研究工作。這個(gè)國際合作組有19個(gè)國家的600多個(gè)科學(xué)家參加工作，其中三分之一來自美國，三分之一來自歐洲，三分之一來自俄羅斯及其他國家。這個(gè)國際合作實(shí)驗(yàn)組取得了重要的研究進(jìn)展，并且發(fā)表一大批學(xué)術(shù)論文，有75人獲得了博士學(xué)位。那么這個(gè)國際合作為什么會得到那么多的國家、那么多的科學(xué)家的支持呢？丁肇中后來在一次演講中講到：國際合作最主要的是選擇世界上最重要的、最有興趣的題目，引起科學(xué)家的興趣。沒有興趣，就沒有意義。
第五個(gè)片段是在國際空間站上尋找由反物質(zhì)粒子組成的宇宙（AMS）的實(shí)驗(yàn)。這一實(shí)驗(yàn)，是經(jīng)過大量、激烈競爭后在國際空間站上進(jìn)行的唯一的實(shí)驗(yàn)。反物質(zhì)的存在，是1928年由英國物理學(xué)家P.Dirac推測出來的，1933年他因此獲得諾貝爾獎(jiǎng)。假如宇宙是大爆炸來的，有物質(zhì)，也有反物質(zhì)。由反物質(zhì)組成的宇宙到哪里去了？所有的粒子都有反粒子，有沒有由反物質(zhì)組成的宇宙？丁肇中的AMS實(shí)驗(yàn)就是要回答這些問題。如果反物質(zhì)存在，它會在太空中發(fā)射出反氦或反碳等原子核，這些反原子核會穿過太空接近地球，我們應(yīng)該能夠在太空中探測到。
因此，這個(gè)實(shí)驗(yàn)需要到外太空去測量帶電粒子，需要用測量磁場的方法來確定它們。這個(gè)實(shí)驗(yàn)也是一個(gè)國際合作研究工作，它由15個(gè)國家的科學(xué)家共同參與，將在2006年11月用美國128號航天飛機(jī)將AMS實(shí)驗(yàn)送到國際空間站，實(shí)驗(yàn)為期3—5年。丁肇中為這個(gè)實(shí)驗(yàn)付出了大量的心血，在實(shí)驗(yàn)取得不斷進(jìn)展的時(shí)候，他曾深有體會地說，對一個(gè)做實(shí)驗(yàn)物理的人來說，要實(shí)現(xiàn)你的目標(biāo)最重要的是要有好奇心，對自己做的事情要有信心，同時(shí)要去努力工作。

62、6.丁肇中及其J/ψ新粒子的發(fā)現(xiàn)丁肇中教授是世界著名的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家。他1936年1月27日生于美國，祖籍中國山東省，中學(xué)時(shí)代是在臺灣度過。1960年丁肇中獲碩士學(xué)位，1962年獲博士學(xué)位。1963—1964年在歐洲核研究中心工作。在丁肇中所從事科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究工作中，有幾個(gè)他親歷并引以為自豪的精彩片段。
第一個(gè)片段是發(fā)生在1966年，丁肇中重做了當(dāng)時(shí)世界上最重要的一個(gè)實(shí)驗(yàn)，那就是測量電子的半徑。丁肇中得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論物理學(xué)家推導(dǎo)出的理論相符合，因?yàn)樵缭?948年，理論物理學(xué)家根據(jù)量子電動(dòng)力學(xué)的理論，得出電子是沒有的體積的結(jié)論。但是到了1964年，實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家經(jīng)過實(shí)驗(yàn)得到電子半徑為10—13厘米實(shí)驗(yàn)結(jié)果。隨后，多個(gè)物理學(xué)家同樣得到電子半徑為10—13厘米實(shí)驗(yàn)結(jié)果，即得出了實(shí)驗(yàn)與理論不相符合的結(jié)論。1966年，丁肇中重做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，證明以前那些科學(xué)家做的實(shí)驗(yàn)結(jié)果都錯(cuò)了。后來丁肇中總結(jié)這個(gè)故事得出的體會是“做實(shí)驗(yàn)物理，不要盲從專家的結(jié)論”。
第二個(gè)片段就是J粒子家族被發(fā)現(xiàn)的歷史。1970年代初，物理學(xué)家們普遍認(rèn)為，世界上只有三種夸克，用三種夸克的理論就能夠解釋世界上所有的現(xiàn)象。1974年，他們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)質(zhì)量約為質(zhì)子質(zhì)量3倍（質(zhì)量為3.1×109eV）的長壽命中性粒子。在公開發(fā)表這個(gè)發(fā)現(xiàn)時(shí)，丁肇中把這個(gè)新粒子取名為J粒子，“J”和“丁”字形相近，寓意這是中國人發(fā)現(xiàn)的粒子。與此同時(shí)，美國人B.里克特也發(fā)現(xiàn)了這種粒子，并取名為ψ粒子。后來（1975）人們就把這種粒子叫作J/ψ粒子。J/ψ粒子具有奇特的性質(zhì)，其壽命值比預(yù)料值大5000倍。J/ψ粒子的發(fā)現(xiàn)大大推動(dòng)了粒子物理學(xué)的發(fā)展。為此丁肇中和里克特共同獲得1976年諾貝爾物理獎(jiǎng)。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了當(dāng)時(shí)三種夸克的理論是錯(cuò)誤的。丁肇中體會這段歷史總會說：“做基礎(chǔ)研究要有信心，你認(rèn)為是正確的事，就要堅(jiān)持去做；不要因?yàn)槎鄶?shù)人的反對而不做，也不要去管其他人怎么看。”
第三個(gè)片段是膠子的發(fā)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)。在物理學(xué)中，理論上認(rèn)為夸克之間的力是膠子傳遞的。如果膠子是存在的，那么在高能正負(fù)電子對撞的實(shí)驗(yàn)中就會出現(xiàn)三個(gè)噴注的現(xiàn)象。如果膠子不存在，那么在高能正負(fù)電子對撞的實(shí)驗(yàn)上就不會出現(xiàn)三個(gè)噴注的現(xiàn)象，只會有兩個(gè)噴注現(xiàn)象。在實(shí)驗(yàn)中，丁肇中果然發(fā)現(xiàn)了三個(gè)噴注的現(xiàn)象，這證明了膠子的存在。丁肇中根據(jù)這個(gè)“故事”告誡年輕科學(xué)家們，“做實(shí)驗(yàn)物理要對意外的現(xiàn)象有充分的準(zhǔn)備”。
第四個(gè)片段是在過去20年間丁肇中在西歐核子中心開展的富有成效的國際合作研究工作。這個(gè)國際合作組有19個(gè)國家的600多個(gè)科學(xué)家參加工作，其中三分之一來自美國，三分之一來自歐洲，三分之一來自俄羅斯及其他國家。這個(gè)國際合作實(shí)驗(yàn)組取得了重要的研究進(jìn)展，并且發(fā)表一大批學(xué)術(shù)論文，有75人獲得了博士學(xué)位。那么這個(gè)國際合作為什么會得到那么多的國家、那么多的科學(xué)家的支持呢？丁肇中后來在一次演講中講到：國際合作最主要的是選擇世界上最重要的、最有興趣的題目，引起科學(xué)家的興趣。沒有興趣，就沒有意義。
第五個(gè)片段是在國際空間站上尋找由反物質(zhì)粒子組成的宇宙（AMS）的實(shí)驗(yàn)。這一實(shí)驗(yàn)，是經(jīng)過大量、激烈競爭后在國際空間站上進(jìn)行的唯一的實(shí)驗(yàn)。反物質(zhì)的存在，是1928年由英國物理學(xué)家P.Dirac推測出來的，1933年他因此獲得諾貝爾獎(jiǎng)。假如宇宙是大爆炸來的，有物質(zhì)，也有反物質(zhì)。由反物質(zhì)組成的宇宙到哪里去了？所有的粒子都有反粒子，有沒有由反物質(zhì)組成的宇宙？丁肇中的AMS實(shí)驗(yàn)就是要回答這些問題。如果反物質(zhì)存在，它會在太空中發(fā)射出反氦或反碳等原子核，這些反原子核會穿過太空接近地球，我們應(yīng)該能夠在太空中探測到。
因此，這個(gè)實(shí)驗(yàn)需要到外太空去測量帶電粒子，需要用測量磁場的方法來確定它們。這個(gè)實(shí)驗(yàn)也是一個(gè)國際合作研究工作，它由15個(gè)國家的科學(xué)家共同參與，將在2006年11月用美國128號航天飛機(jī)將AMS實(shí)驗(yàn)送到國際空間站，實(shí)驗(yàn)為期3—5年。丁肇中為這個(gè)實(shí)驗(yàn)付出了大量的心血，在實(shí)驗(yàn)取得不斷進(jìn)展的時(shí)候，他曾深有體會地說，對一個(gè)做實(shí)驗(yàn)物理的人來說，要實(shí)現(xiàn)你的目標(biāo)最重要的是要有好奇心，對自己做的事情要有信心，同時(shí)要去努力工作。