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山东老乡:丁肇中

[提要]1936年出生,美国实验物理学家。汉族,祖籍山东省日照市涛雒,华裔美国人,现任美国麻省理工学院教授,曾获得1976年诺贝尔物理学奖。他曾发现一种新的基本粒子,并以和

 

  丁肇中(Samuel Chao Chung Ting )(1936年1月27日-),1936年出生,美国实验物理学家。汉族,祖籍山东省日照市涛雒,华裔美国人,现任美国麻省理工学院教授,曾获得1976年诺贝尔物理学奖。他曾发现一种新的基本粒子,并以和自己中文姓氏“丁”类似的英文字母“J”将那种新粒子命名为“J粒子”。

  丁肇中的人生

  丁肇中1936年1月27日生于美国,3个月后随父母回中国。先后在重庆、南京和青岛上小学。1948年随父母去台湾,又在台中读了一年小学。1949年丁肇中先考入台北成功中学,次年入台湾建国中学,接受严格的教育,他的数学、物理和历史学习成绩优秀。1955年建国中学高中部毕业,考入成功大学机械工程系。1956年转到美国密歇根大学,在物理系和数学系学习,1960年获硕士学位,1962年获物理学博士学位。1963年,他获得福特基金会的奖学金,到瑞士日内瓦欧洲核子研究中心(CERN)工作。1964年起在美国哥伦比亚大学工作。1965年成为纽约哥伦比亚大学讲师。1967年起任麻省理工学院物理学系教授。他是美国科学院院士,研究方向是高能实验粒子物理学,包括量子电动力学、电弱统一理论、量子色动力学的研究。他所领导的马克·杰实验组先后在几个国际实验中心工作。

  由于丁肇中对物理学的贡献,他在1976年被授予诺贝尔物理奖,并被美国政府授予洛仑兹奖,1988年被意大利政府授予特卡斯佩里科学奖。他是美国国家科学院院士,美国文理科学院院士,苏联科学院外籍院士,中国台北中央研究院院士,巴基斯坦科学院院士。他曾被密歇根大学(1978)、香港中文大学(1987)、意大利波洛格那大学(1988)和哥伦比亚大学(1990)授予名誉博士学位。他是中国上海交通大学和北京师范大学的名誉教授,是日照职业技术学院名誉校长。1977年获美国工程科学学会的埃林金奖章,1988年获意大利陶尔米纳市的金豹优秀奖及意大利布雷西亚市的科学金奖章。

  丁肇中热心培养中国高能物理学人才,经常选拔中国青年科学工作者去他所领导的小组工作。他是中国科学技术大学等校的名誉教授,中国科学院高能物理研究所学术委员会委员。

  2005年世界物理年活动日前在欧洲启动。他正领导着来自美、法、德、中等14个国家43所一流大学和科研院所的581名物理学家,在日内瓦建造的世界上能量最大的正负电子对撞机上,探索宇宙中的新物质、反物质。

  丁肇中的思维与交流方式极其独特,初次与其交流会让人觉得他思维混乱。但仔细听来就会了解到,他的思维并非混乱,而是他想说的事情过于复杂以至于无法用语言合理表示出来。这点是想必听过他讲座的人都深有体会。

  丁肇中——学术思想

  丁肇中的学术思想的特点是,在科学研究中非常重视实验,他认为,物理学是在实验与理论紧密相互作用的基础上发展起来的,理论进展的基础在于理论能够解释现有的实验事实,并且还能够预言可以由实验证实的新现象。当物理学中一个实验结果与理论预言相矛盾时,就会发生物理学的革命,并且导致新理论的产生。他根据近四分之一世纪以来物理学的历史和他亲身的经验指出,许多重要实验,例如 K介子衰变中电荷共轭宇称与宇称复合对称性(CP)不守恒的发现,J粒子的发现,以及高温超导体的发现,开辟了物理学中新的研究领域,但这些实验发现都是预先在理论上并没有兴趣的情况下作出的。又如高能加速器实验近年来作出的有关粒子物理的基本发现,除W粒子和Z 粒子外,几乎都是在加速器开始建造时未曾预言过的。他强调,没有一个理能够驳斥实验的结果,反之,如果一个理论与实验观察的事实不符合,那么这个理论就不能存在。他重视科学实验的观点,对科学工作者是很有教益的。

  丁肇中的主要作品

  1.发现J粒子,获得诺贝尔物理学奖

  1965年起,丁肇中领导的实验组在联邦德国汉堡电子同步加速器(束流能量为7.5×109eV)上进行了关于量子电动力学和矢量介子(ρ,ω,φ)的一系列出色的实验工作,其中包括光生矢量介子、矢量介子衰变的研究、矢量为主模型的实验检验、ρ、ω、φ介子光生相位的测量和ρ、ω介子干涉参数的精密测量等,推进了对矢量介子的认识(见介子)。还在实验上证明了量子电动力学的正确性。

  1972年夏,丁肇中实验组利用美国布鲁克海文国家实验室的3.3×1010eV质子加速器寻找质量在(1.5~5.5)×109eV之间的长寿命中性粒子。

  1974年,他们发现了一个质量约为质子质量3倍(质量为3.1×109eV)的长寿命中性粒子。在公开发表这个发现时,丁肇中把这个新粒子取名为J粒子,“J”和“丁”字形相近,寓意这是中国人发现的粒子。与此同时,美国人B.里希特也发现了这种粒子,并取名为ψ粒子。后来(1975)人们就把这种粒子叫作J/ψ粒子。J/ψ粒子具有奇特的性质,其寿命值比预料值大5000倍;这表明它有新的内部结构,不能用当时已知的3种味的夸克来解释,而需要引进第四种夸克即粲夸克来解释。J/ψ粒子的发现大大推动了粒子物理学的发展。为此丁肇中和里希特共同获得1976年诺贝尔物理奖。

  当时,新闻界有一个误会:以为J粒子就是“丁粒子”,是丁肇中以姓氏来命名的。其实,这纯属巧合。丁肇中的本意是,想用这个粒子来纪念他们在探索电磁流性质方面,花了10年时间才获得的这项重要新发现。加之物理文献中习惯用J来表示电磁流,因此,丁肇中便以拉丁字母“J”来命名这个新粒子。

  2.丁肇中的研究工作以实验粒子物理、量子电动力学及光与物质相互作用为中心。

  到目前为止,他在学术上的主要贡献有:(1)反氘核的发现;(2)25年来进行了一系列检验量子电动力学的实验,表明电子、μ子和τ子是半径小于10-16厘米的点粒子;(3)精确研究矢量介子的实验;(4)研究光生矢量介子,证实了光子与矢量介子的相似性;(5)J粒子的发现;(6)μ子对产生的研究;(7)胶子喷注的发现;(8)胶子物理的系统研究;(9)μ子电荷不对称性的精确测量,首次表明标准电弱模型的正确性;(10)在标准模型框架内,证实了宇宙中只存在三代中微子。

  3.热心培养高能物理人才

  1981年起,丁肇中组织和领导了一个国际合作组——L3组,准备在欧洲核子中心预计在1988年建成的高能正负电子对撞机LEP上进行高能物理实验,将在质心系能量为1011eV能区中寻找新粒子,特别是电弱理论预言的黑格斯粒子(见黑格斯机制),并研究Z0及其他粒子物理新现象。L3组目前共有包括中国在内的约13个国家近400名物理学家参加。

  丁肇中热心培养中国高能物理学人才,经常回国选拔年青科学工作者去他所领导的小组工作;并受聘为中国科学技术大学名誉教授,中国科学院高能物理研究所学术委员会委员。

  4.领导“阿拉法磁谱仪”实验探索反物质

  1998年6月2日,美东部时间凌晨6时零9分,发现号航天飞机腾空而起,机内载中、美等国共同研制的“阿拉法磁谱仪”进行运行实验,此举揭开了人类第一次到太空寻找反物质和暗物质的序幕。

  阿拉法磁谱仪实验是一个大型国际合作科学实验项目,实验由丁肇中教授领导,包括美国、中国、意大利、瑞士、德国、芬兰等国家和地区的37个研究机构的物理学家和工程师参加,仅中国参加的科学家和工程师就不下200人,其目的是寻找太空中的反物质和暗物质。

  这次在航天飞机上运行的“阿拉法磁谱仪”传回的数据,从接收到的1%数据判断,它工作正常,并出现了预想的反质子,但由于数量太少,尚无法说已经发现了反物质。阿拉法磁谱仪将随航天飞机于本月12日返回地面。下一次将在2002年再一次进入太空,并在太空逗留3—5年,今年下半年将组建阿拉法太空站,第一批组件将于1998年11月20日首次进入太空。

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[责任编辑:杨凡、彭芳]
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