丁 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3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9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：“看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年9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年11月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年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是对的。 　　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明“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J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J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1万吨水泥块、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4月8月，整整紧张地工作了4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年8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3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J粒子。 　　J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L实验 　　3 　　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1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L实验计划以压倒多数获得通过。后来， 　　3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L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 　　3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：“能高精度地测轻子，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L实验，耗费了丁肇中大量的时间和精力。由于实验极 　　3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L实验准备工作期间和实验开 　　3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4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L实验用的u子探测器，它的主要部件是在美国的波士顿制造，激 　　3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L实验的各国科学家们能够不分国籍，不分政治见解，亲密 　　3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L实验，把宇宙间的几种 　　3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。