丁肇中,1936年1月生,祖籍山东日照,现为美国麻省理工学院物理学教授,美国国家科学院院士,1976年获诺贝尔物理学奖,近年因领导“阿拉法磁谱仪”实验探索反物质而闻名海外。
核心提示
不要盲从专家的结论,权威专家的实验结果未必都是正确的。
做你认为正确的事情,不要畏惧困难,不要因为大多数人的反对而改变。
科学是很难推测的,对意料之外的现象要有充分的准备。
科学是多数服从少数,只有少数人把多数人的观念推翻以后,科学才能向前发展。
各位老师!各位同学!非常高兴能够到东南大学来与大家交流。今天我报告的题目是“我所经历的实验物理”,介绍我的五个实验及体会。
实验是自然科学的基础,如果没有实验的证明,理论是没有意义的。当实验证明了理论以后,才可以建立新的理论,这是一个很重要的观念。在过去400年里,我们对物质结构的了解,大都来自于实验物理,所以我想跟大家讲一讲我所经历的五个物理实验。
电子有没有半径?
不要盲从权威专家的结论
第一个实验是测量电子的半径。1948年,有三个物理学家,一个是费曼,一个是施温格,第三个是朝永振一郎,他们通过实验,得出这样一个结果:电子是没有体积的,换句话说电子是没有半径的。这个理论被当时所有的实验所证明,后来他们因此获得了诺贝尔奖。但是1964年,哈佛大学和康奈尔大学的著名教授和多年专门从事这种实验的专家,用若干年时间做实验,得出了相反的结果:量子电动力学是错误的,电子是有体积的,电子的半径在10的负13至14厘米之间,也就是说测出了电子的大小。他们的实验结果受到了物里学界的认可和重视。这是关于物里基本观念的实验,而且都是权威科学家的实验结果,究竟谁是谁非?
我决定用不同的方法来测量电子半径。那时候,我刚得到博士学位,所以没有人相信我能做出这样的实验,更没有人支持我。尽管如此,1965年,我还是决定放弃在美国大学的前途,到德国新建的加速器实验室用不同的方法重新做这个实验。8个月以后,我的实验证明量子电动力学是正确的,电子是没有体积的,它的半径小于10的负14厘米。
【感悟】我的第一个体会是:不要盲从专家的结论,在我以前做实验的都是世界很有名的科学家,他们的实验结果未必都是正确的。
世界只有三种夸克?
做正确的事,不要畏惧困难
第二个实验是新粒子家族的发现。在1974年以前,世界上的物理学家都认为,粒子是由三种夸克组成的,中子是这三种夸克,质子也是这三种夸克,用三种夸克可以解释所有原子核物理的现象。我的问题是:为什么宇宙中只有三种夸克?为了求解这个“为什么”,我决定建一个高灵敏度的探测器。所以,七十年代初我设计了这个实验,实验要求的精确度是比较高的,相当于南京下雨的时候,每秒钟有100亿个雨滴,如果有一个雨滴是红色的,我们就要把它找出来,其困难是可以想见的,精确度是100亿分之一。
这个实验同样不受物理学家欢迎,因为大家都认为宇宙中只有三种夸克。做实验的人当中,也没有人相信能做出这样困难的实验,所以这个实验曾被世界上所有的实验室所拒绝。直到1972年,美国的布鲁凯文实验室接受了这个实验。要从100亿个已知粒子中找到一个新粒子,必须在每秒钟输入100亿高能量的质子到探测器上,这么多质子输入探测器所产生的放射线会彻底破坏探测器,工作人员也非常危险,因此必须发展全新的、非常精确的、在非常强的放射线下能正常工作的全部仪器。当每秒钟100亿个质子输进去的时候,要求用很大的屏蔽系统。我们的屏蔽系统用了1万吨水泥、5吨铀、100吨铅和5吨肥皂,肥皂可以防止中子。当时向美国政府要5吨肥皂是很困难的。这是当时我们把探测器做完了以后,为探测器所做的新的仪器,这个探测器现展于美国国家科技馆,分辨率是100微米,同时能分辨2000万赫兹。
这个实验的结果是,我们发现了一个新的粒子,它具有奇异的特性,其寿命比已知的粒子长一万倍。新粒子发现以后,很快同样寿命的类似粒子也被发现。它的重要性类似我们发现一个偏僻的村子里面所有的人都是百万岁左右。这种新粒子的发现,证明了宇宙中有新的物质存在,它们是由新的夸克组成的,我们把它命名为J粒子。
J粒子发现的贡献是:改变了人类对于物质基本结构的认识。J粒子发现之
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