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第4章 丁肇中:发现“J”粒子

一秒钟之内也许要落下千千万万颗雨滴,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。

1974年11月10日,美国麻省理工学院华裔教授丁肇中领导的实验小组发现了“J”粒子,轰动了沉寂十多年的高能物理学界。“J”粒子究竟是怎么一回事呢?

我们知道,浩茫无边的宇宙中,一切物质都是由微小的原子组成的,而原子又是由原子核和绕核高速旋转的电子所组成的。其中原子核由质子和中子组成,再往下分,则是各种各样的粒子,它们被科学家统称为基本粒子。

迄今为止,科学家已发现了200多种基本粒子。不过,丁肇中发现的“J”粒子非常独特,它不仅质量很大,而且寿命很长。它的寿命为10-20秒,即在小数点后还要加19个“0”,为一万亿亿分之一秒。看似如此渺小短暂,但同其他相近的基本粒子相比,它的寿命要长1万倍。

“J”粒子的发现是丁教授长期从事基本粒子研究的心血结晶。

“作为一位科学家,最重要的是不断探寻教科书以外的世界,对于自己从事的科学研究有更深一层的理解,有能力去独立思考各种物理现象的本质。面对占压倒优势的反对意见,能从容不迫地去迎接挑战。”正是基于这种善于独立思考、勇于科学探索的精神,丁肇中成功地捍卫了量子电动力学的正确性,也为“J”粒子的发现打下了扎实的理论基础。

20世纪60年代中期,美国哈佛大学和康奈尔大学的一些物理学权威的实验结果似乎证明了量子电动力学的错误,并且得到了许多人的赞同。然而,当时尚未成名的青年助教丁肇中并没有盲从权威。他感到很困惑:长期以来,量子电动力学的所有理论和实验都是正确的,为什么现在突然说它错误了呢?丁肇中认为很有必要重复实验,以得到进一步验证。然而,谁愿意理会一位名不见经传的年轻助教的建议呢?

有道是“初生牛犊不怕虎”,丁肇中并没有泄气。“我做实验是基于我对事物的理解,而不是为着理论上的争执。因此,我决定不顾多数人的反对,带头完成这个实验。”血气方刚的他以惊人的毅力在短短半年内完成了实验,找到了哈佛大学教授们实验失败的原因,从而证明了量子电动力学的正确性。由此,他一举成名。

在这个实验的基础上,他紧接着又做了一系列相关的实验,系统地研究了光子的特性并且尝试寻找光子类粒子。1971年,在纽约的实验室里,丁肇中借助复杂精密的高能加速器开始了寻找新粒子的艰苦历程。

这次实验不仅费用昂贵,风险大,而且异常艰巨。丁肇中有一个生动的比喻:“在雨季的时候,一个像波士顿这样的城市,一秒钟之内也许要落下千千万万颗雨滴,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。”

尽管寻找新粒子的征程如此艰难,丁肇中的执著追求却丝毫未改。功夫不负有心人,1974年8月底的一天,丁肇中及其合作者们终于有异常惊喜地发现:他们将一束能量很高的质子流打在铍的原子核上,发现了一个质量比质子大上千倍的新粒子。

然而,科学实验容不得半点偏差,一向以严谨著称的丁肇中陷入了冷静的思考:“会不会是计算器读数错误?还是仪器的偏差造成假象?”他用不同的方法反复检测了各种仪器的精确性。经过两个月缜密的反复实验确证后,他才于1974年11月10日宣布了这一伟大发现,并把它命名为“J”粒子(因为英文字母“J”和中文“丁”形状相像)。与此同时,美国斯坦福大学的里希特教授也发现了这种粒子。

“J”粒子是数十年来高能物理学最重大的发现,为此,丁肇中和里希特于1976年共同登上了诺贝尔物理学奖的领奖台。

丁肇中是世界物理学界的骄傲,更是华人的骄傲,他发现的“J”粒子也许并不十分动人,动人的是他那种精神。他寻找“J”粒子的艰辛,从他那个著名的生动比喻中,可见一斑。不少人踏上发明创造的征程,常常思考的是准备了多少知识,或者问自己的技术实力够不够,却常常忽略问一下自己的精神准备。

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