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丁肇中:找到那颗红色雨滴

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丁肇中的办公室放着电影《奥本海默》的蓝光碟,以及一本奥本海默的自传。这是他的同行前辈。他表示已经看了两遍电影,他清楚电影里的每一件事。

作为美籍华裔实验物理学家、现任美国麻省理工学院教授,丁肇中还有一串重要头衔,美国科学院院士、艺术与科学院院士、中国科学院外籍院士、超大型国际合作项目阿尔法磁谱仪(AMS)实验首席科学家等。

1976年10月18日,丁肇中在瑞典皇家科学院荣膺诺贝尔物理学奖。

1976年10月18日,丁肇中在瑞典皇家科学院荣膺诺贝尔物理学奖。

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里程碑式的合作

1975年11月7日,已是麻省理工学院物理系终身教授的丁肇中第一次回到曾经生活12年的中国大陆,接待方是中国科学院。他穿上中山装,参观了工厂、农村、学校和科研单位。当他旧地重游,来到重庆瓷器口小学时,甩出标准的四川话,孩子们用四川话回复:“呀,这个日本人,会讲四川话。”他还去了从未去过的延安,进村民的窑洞,坐在热炕上享用小米粥、熬南瓜。

1977年,他第二次回大陆。上一次回来,主要是探亲和采风,这一次主要是学术交流。8月11日,邓小平在人民大会堂接见了丁肇中,希望他能帮助大陆的高能物理研究。他告诉《凤凰周刊》,邓小平对物理有很大兴趣,因为家里不少人是学物理的,他希望派遣一个100人的团队,去丁的实验室。

丁肇中则提出,学物理和练兵是两回事,希望中方挑十几个人来面试,听他们如何提问题,然后慢慢从问题中了解这个人的思考能力如何。“因为学物理要有想象力,考第一名是没用的,因为考的是前人知道的知识。”

1978年春,丁肇中在德国汉堡的电子同步加速器研究中心主持的实验组,接待了一行特殊客人——来自中国科学院高能物理研究所的第一批科技人员,丁肇中与中国大陆的合作,就这样开始了。而彼时距中美正式建交、签订《中美高能物理合作执行协议》,还要早上数月时间,因此,这次合作也被视为“中国科技界改革开放具有里程碑意义的事件”。

就像自己早年初到美国读书时一样,中国科研人员还不能掌握英语,丁肇中便派包括两个女儿在内的团队帮助大家克服语言关。

领队唐孝威曾在1956-1959年间赴苏联杜布纳联合原子核研究所从事高能物理研究,1960年回国后参加两弹工程,后为中科院高能物理学研究院研究员。据他回忆,在一年多的时间里,他们参加了丁肇中教授领导的Mark-J探测器的建造、制备、安装、运转等工作,对国际第一流的高能加速器物理实验室有所了解,学习了高能物理有关知识,掌握了探测器、电子学、计算机等方面的技术。

1979年,美国《纽约时报》头版报道了丁肇中团队通过Mark-J实验发现胶子的消息,其中特别提到,27名中国科学家参加了这次实验,“在有关核粒子的国际合作研究项目史上,这是第一次,也是中国的一大贡献。”

进入1980年代,丁肇中开启与中国科学家的第二次合作——欧洲核子研究中心LEP对撞加速器上的L3实验。这个由19国约600名科学家共同参与、耗时21年的大型国际合作实验,是他科学生涯中的第4个重要实验。实验发现,在现在的能量范围内,宇宙中有3种不同的电子、3种不同的中微子和6种不同的夸克;电子和夸克都没有体积。

谈及中国科学家在L3实验中扮演的角色,丁肇中曾回忆,L3实验需要12吨锗酸铋晶体,但当时全球年产量只有4公斤,中科院上海硅酸盐所生产的锗酸铋晶体帮了大忙。此外,多位中方科研人员也对数据分析做出重要贡献。

丁肇中还不遗余力帮助故土培养科学人才,到1988年,就有260位大陆科技人才去他领导下的物理实验组里,其中不乏王贻芳、陈和生、郑志鹏等中科院高能物理所出身的研究员。后来,他回到老家时还感叹:“搞什么事业都需要人才。这几年来,我每次回来,都是经过教育部、科学院,在全国重点大学挑选物理专业学习成绩最好的学生到我那里工作,拿博士学位。遗憾的是,至今还没有山东的学生。”

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实验不停

时至今日,丁肇中仍在进行实验,这又是一个将不可能变为可能的过程,而舞台挪到了更为遥远的太空。

2011年5月,有着“国际空间站皇冠上的一颗明珠”之称的阿尔法磁谱仪(AMS)随“奋进”号航天飞机升空,并被安装在国际空间站上,成为唯一的空间大型磁谱仪。这个重达7.5吨的仪器内含磁铁,那是整个实验最为核心的设备,原料来自内蒙古包头,由中科院电工所、高能所和中国运载火箭技术研究院设计研制并进行多次测试。当宇宙射线进入磁谱仪时,会在磁铁的影响下偏转,由于不同粒子的偏转轨迹不同,因此可以直接研究和测量宇宙中带电粒子的性质。

在这之前,从没有人能将这么大的一块“磁铁”放进太空,用来研究宇宙射线的特性和起源,特别是寻找暗物质和反物质。当然,更从未有人想过,因为太难。这好比将一个指南针放进太空,一头向南,一头向北,它会不断旋转。而丁肇中1994年就决定这么去做了,那时他58岁,在一些普通人眼中,这已是一个接近退休、该颐养天年的岁数了。

“当时我已经做了很多加速器的实验,我想下一步,应该挑一个大家都认为不可能的实验,所以就挑了一个到太空去做的实验,也就是AMS。”但执行起来困难重重,他在一次院士对谈中回忆,当他和美国政府提出这一计划时,遭到能源部反对,理由是他从未做过太空实验,而且太过昂贵。

此后数年里,丁肇中一边进行实验准备,一边游说政府官员,其间波折不断。直至2007年,应丁肇中要求,为证明实验的价值,政府成立了评审委员会,成员包括世界第一流的科学家、美国科学院院士、诺奖得主等,最终获得了认可。一年后,美国国会通过法案,要求美国航空航天局将AMS运往国际空间站。

如今,AMS已经在国际空间站运行了超过4700个昼夜,收集了超过2373亿条宇宙射线数据,它们最终变成数十篇研究成果,带来了对宇宙的全新认识。比如,“数据分析的结果显示,没有一个结果和现有理论是符合的,所以我们的结果把整个宇宙线理论就推翻掉了。”而在未来,它也有望帮助科学家确认高能正电子是否来源于暗物质。

“没有一件事是你能想象到的,所有都是未知,这就是为什么这个实验对我来说非常有意义。”丁肇中说。

走进物理学已近70年,丁肇中听到太多反对、质疑的声音,包括他最具代表性的几个实验,理由大多是太贵太难、没有意义、不可能成功,其中不乏许多领域内泰斗级的人物,但丁肇中却一一做成。他告诉记者,“自然科学的发展是多数服从少数,只有极少数人把别人的观念以及传统的观念推翻了以后,你才能向前走”,类似表达,他在许多场合都强调过。

在实验物理这条路上,丁肇中没有遗憾,“我从来没有做过一个错误的实验,主要原因是我比较小心谨慎,怀疑有没有错误。”如今,当年和他一起发现J粒子的同事大都已经退休,有的已经去世,而88岁的丁肇中依然葆有对实验物理的热情和严谨的态度,活跃在科研一线。

太空中的AMS仍在回传数据,地面上的丁肇中也步履不停。每天,早上七八点起床后,他便来到位于日内瓦欧洲核子研究中心的办公室,这里可以看到AMS实验实时更新的数据,他在这里开会讨论、看研究数据,想一想有没有误差、有没有仪器坏了,继续寻找百亿之中那一颗与众不同的雨滴。

实验仍在继续。

记者:陈祥

编辑:卢伊


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