編者按 今年是諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者丁肇中先生發(fā)現(xiàn)J粒子50周年，J粒子的發(fā)現(xiàn)被全球物理學(xué)界稱為“11月革命”。祖籍山東的丁肇中在尋根之旅中曾多次親臨日照市科技館的建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)，日照市科技館常設(shè)展廳也展示了丁肇中探索物質(zhì)世界的科學(xué)實(shí)驗(yàn)與發(fā)現(xiàn)。本報(bào)特邀日照市科技館館長(zhǎng)李志毅撰文，回顧J粒子的發(fā)現(xiàn)歷程，走進(jìn)丁肇中的物理世界。

2024年度的科學(xué)界熱詞中，J粒子一定擁有“姓名”。50年前，丁肇中發(fā)現(xiàn)J粒子，兩年后獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

如今，88歲高齡的丁肇中還活躍在科研一線。他沒(méi)有退休，仍是一個(gè)超大型國(guó)際合作項(xiàng)目阿爾法磁譜儀（AMS）的首席科學(xué)家。

AMS實(shí)驗(yàn)是他在耄耋之年仍全身心投入的唯一工作。每天早上7點(diǎn)起床，一直工作到晚上七八點(diǎn)，不分周末，極少社交。

若想理解丁肇中，唯一路徑就是理解他的物理世界。

結(jié)緣物理，沒(méi)聽媽媽的話

1936年1月27日，丁肇中在美國(guó)密歇根州安娜堡州立大學(xué)醫(yī)院里降生，早產(chǎn)了兩個(gè)月。父親丁觀海和母親王雋英原本希望他出生在中國(guó)，但還未回國(guó)，他就提早出世，用丁肇中的話說(shuō)，“意外”成為美國(guó)公民。

出生3個(gè)月后，丁肇中回到中國(guó)。正逢日軍侵華，一家人顛沛流離，九死一生。

從山東日照輾轉(zhuǎn)到重慶落腳，日本人的轟炸，幾次打斷了他的上學(xué)路。即便在家，父親也常常向他講述法拉第、牛頓、愛因斯坦和馮·卡門等科學(xué)家的故事。在父親的熏陶下，丁肇中幼小的心底萌生了成為一名科學(xué)家的想法。

“戰(zhàn)爭(zhēng)的好處是，我可以不必上學(xué)?！倍≌刂羞@樣詼諧地形容童年時(shí)光，逃課、避難、爬樹、站在碼頭上朝日本軍艦扔石頭。

上大學(xué)以前，丁肇中跟粒子物理唯一的關(guān)聯(lián)，就是聽新聞講到日本廣島和長(zhǎng)崎的時(shí)候問(wèn)爸爸，“什么是原子彈？”

回憶最初零散又匆忙的求學(xué)經(jīng)歷，丁肇中很感恩家庭教育，“我的父母從來(lái)不管束我，而總是激勵(lì)我的興趣，他們從不強(qiáng)求子女在學(xué)校中得到好分?jǐn)?shù)?！?/p>

1956年9月，丁肇中開始了在美國(guó)密歇根大學(xué)的艱苦學(xué)習(xí)。

一開始他選了機(jī)械工程專業(yè)，身為土木工程學(xué)教授的父親也特別支持兒子從事工程學(xué)研究。但老師說(shuō)丁肇中學(xué)不來(lái)工程，因?yàn)樗嫷闹本€總是不直。他也想過(guò)學(xué)歷史，但當(dāng)他發(fā)現(xiàn)改朝換代第一件事就是修改史書，就知道自己也學(xué)不來(lái)這個(gè)專業(yè)。

決定轉(zhuǎn)學(xué)物理的時(shí)候，丁肇中告訴了母親。母親委婉地反對(duì)：“學(xué)物理，要特別有天分的人才可以?！彼幕卮鸷芨纱啵骸拔以谑澜缟现蛔咭淮危瑧?yīng)該照自己的興趣去做?！?/p>

投身實(shí)驗(yàn)，“大鬧物理天宮”

科學(xué)世界里，丁肇中常常是那個(gè)“把多數(shù)推翻的極少數(shù)”。他采取的方法很簡(jiǎn)單，就是實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)既是他的基本價(jià)值觀，也是方法論。

起初，丁肇中的研究方向是理論物理。轉(zhuǎn)向是因?yàn)樗膶?dǎo)師喬治·烏倫貝克隨口感慨的一句話：“一個(gè)平庸的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家也很有用，因?yàn)槊恳淮螌?shí)驗(yàn)測(cè)量都有意義。但是一個(gè)平庸的理論物理學(xué)家，什么都不是。整個(gè)20世紀(jì)對(duì)物理有貢獻(xiàn)的理論物理學(xué)家，你用手指都能數(shù)得出來(lái)?！?/p>

就這樣，丁肇中毅然投身于實(shí)驗(yàn)物理。

丁肇中的物理生涯可大致概括成6個(gè)主要階段，J粒子的發(fā)現(xiàn)是第三個(gè)階段。J粒子的發(fā)現(xiàn)如一枚石子拋進(jìn)一泓平靜的池水，讓物理界沸騰了。

目前的結(jié)論是，夸克是構(gòu)成自然界基本元素最小的不可分割單元。一直以來(lái)，物理學(xué)家之間流行的說(shuō)法是，粒子就像洋蔥，剝掉一層之后，下面總會(huì)有另一層。

20世紀(jì)50-70年代，人類只發(fā)現(xiàn)了3種夸克。丁肇中覺(jué)得很奇怪，為什么沒(méi)有第四種、第五種？

然而，要想尋找新的夸克，難度極大，丁肇中自己形容“相當(dāng)于北京下雨時(shí)，要在每秒鐘的100億個(gè)雨滴中找到一個(gè)不同顏色的雨滴”。

1974年11月11日，得益于嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)室的全力支持，丁肇中果然發(fā)現(xiàn)了第四種夸克的存在，他把由第四種夸克組成的新粒子稱之為J粒子。J粒子的發(fā)現(xiàn)令全球物理學(xué)界激動(dòng)，被稱為“11月革命”。

1976年12月10日，在諾貝爾獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)典禮上，丁肇中先是用中文，后又用英文發(fā)表了因發(fā)現(xiàn)J粒子而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的演講：“得到諾貝爾獎(jiǎng)，是一個(gè)科學(xué)家最大的榮譽(yù)，我是在舊中國(guó)長(zhǎng)大的，想借這個(gè)機(jī)會(huì)向在發(fā)展中國(guó)家的青年們強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)工作的重要性……”

科學(xué)狂人，把多數(shù)推翻的極少數(shù)

時(shí)至今日，這位實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家一直在一線做實(shí)驗(yàn)。這次，丁肇中把實(shí)驗(yàn)的舞臺(tái)搬到了天上。

時(shí)間倒回到1994年，丁肇中做出了一個(gè)重大決定。他選擇去做AMS實(shí)驗(yàn)，把一塊“磁鐵”放進(jìn)遙遠(yuǎn)的太空，用來(lái)研究宇宙射線的特性和起源，特別是尋找暗物質(zhì)和反物質(zhì)。

雖說(shuō)丁肇中的每次實(shí)驗(yàn)都曾遭到很多人的反對(duì)，但AMS遇到的阻力最大。丁肇中自己總結(jié)：“這是我做過(guò)的最復(fù)雜、技術(shù)上最具挑戰(zhàn)性的實(shí)驗(yàn)。”同時(shí)，將磁譜儀送入太空，在丁肇中之前，從沒(méi)有人敢這么想。

此后數(shù)年，波折不斷。丁肇中一邊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，一邊游說(shuō)政府官員。終于，2011年5月16日，美國(guó)宇航局“奮進(jìn)號(hào)”航天飛機(jī)載著AMS-02探測(cè)器正式升空。

“自然科學(xué)的發(fā)展是多數(shù)服從少數(shù)，只有極少數(shù)人把多數(shù)人的觀點(diǎn)推翻后，科學(xué)才能向前走?！边@是丁肇中常掛在嘴邊的一句話。過(guò)去100年里的宇宙線測(cè)量誤差極大，而AMS提供的宇宙線測(cè)量結(jié)果誤差度小于1%。

太空中的AMS仍在回傳數(shù)據(jù)，地球上的丁肇中仍在物理和人生之間穿梭，沒(méi)有一點(diǎn)要退休的意思。

微塵深處窮真理，銀河漫卷寫此生。丁肇中的物理，讓他永遠(yuǎn)年輕。

（作者李志毅系日照市科技館館長(zhǎng)、研究館員）