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我的大学生活

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名人--密歇根大学 丁肇中  

2007-10-20 19:32:57|  分类: 名校名人 |  标签: |举报 |字号 订阅

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丁肇中

名人--密歇根大学 丁肇中 - 鹏程万里 - 我的大学生活 1936年1月27日出生于美国,3个月后随父母回到中国

1956年到美国密歇根大学,在物理系与数学系学习。

1960年获硕士学位。

1962年获博士学位,在瑞士欧洲核子中心工作一年。

1964年起在美国哥伦比亚大学工作。

1976年因和里克特彼此独立地发现一种称为ψ/J的新粒子,与里克特分享了1976年度的诺贝尔物理学奖金。

获得诺贝尔物理学奖。

美籍华裔物理学家。祖籍中国山东省日照市,1936年1月27日生于美国密执安州安阿伯,中学时代是在台湾度过的。1956年丁肇中入美国密执安大学学习,1960年获硕士学位,1962年获博士学位。1963-1964年在欧洲核研究中心工作,1964-1967年在美国哥伦比亚大学工作。1967年起任美国麻省理工学院物理系教授,1977年当选为美国科学院院士。

丁肇中主要从事高能实验物理、基本粒子物理、量子电动力学、γ辐射与物质的相互作用等方面的研究。他最杰出的贡献是在1974年,与里希特各自独立地发现了J/ψ粒子。为此,他们共同获得了1976年诺贝尔物理学奖

1972年夏,丁肇中实验小组利用美国布鲁克海文国家实验室的质子加速器寻找质量在1.5×109eV~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(能量为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"和汉字"丁"字形相近,寓意是中国人发现的粒子。与此同时,美国人里希特也发现了这种粒子,并取名为ψ粒子。后来人们就把这种粒子称为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。

此外,通过高能正负电子对撞的物理实验,丁肇中在1979年夏发现了三喷注现象,为胶子的存在和量子色动力学提供了实验依据。他进行的高能下电磁作用与弱作用干涉效应的实验,为弱电统一理论提供了实验依据。1981年起,他组织和领导了一个国际小组──包括中国在内的约13个国家近400名物理学家参加的L3组。在欧洲核子中心高能正负电子对撞机LEP上进行高能物理实验,寻找新的基本粒子及其粒子物理的新现象。

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(Samuel Chao Chung Ting 1936~)。实验物理学家。祖籍山东日照。1936年1月27日生于美国密歇根州安阿伯,3个月后随父母回中国,1936—1949年,丁肇中随双亲到过中国许多地方。他童年没有进校受过正规教育,但接触了不同省份的文化、历史和方言,也聆听过许多常到他家访问的学者的讨论。1949年丁肇中进入台湾建国中学,接受严格的教育,他的数学、物理和历史学习成绩优秀。1956年到美国密执安大学,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。他曾获得过许多奖章,如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。他也是《原子核物理B》(Nuclear Physics B)、《核仪器方法》(Nuclear Instruments and Methods)和《数学模型》(Mathematical Modeling)等科学期刊的编委。

二、科学成就

  1.发现丁粒子,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。

  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“阿尔法磁谱仪”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“阿尔法磁谱仪”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。

    阿尔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“阿尔法磁谱仪”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。阿尔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尔法太空站,第一批组件将于1998年11月20日首次进入太空。

三、趣闻轶事

  1.不放过任一个难题

    丁肇中的祖籍是山东省日照县。父亲丁观海、母亲王隽英皆任教于大学。1936年丁观海和已有身孕的妻子王隽英到美国进行学术访问时,王隽英意外早产。这个提前来到人间的婴儿,就是丁肇中。

    1948年冬,丁肇中开始接受正规教育。受家庭的影响,他对学习一丝不苟,读书专心致志,遇到疑难问题,便找遍书本,务必得到答案才肯罢休。一次物理老师出了一道思考题,很多同学想了想觉得很难就放弃了,等着老师讲解,丁肇中不是这样,他吃饭想、走路想,别的同学都出去活动了,只有他还对着那道题苦苦思索,一个小时过去了,两上小时过去了……终于想到了解决问题的方法,他马上跑到图书馆查找资料验证自己的方法是否正确,直到确认自己的解题方法没有错误,他才满意而去。课堂上他聚精会神地听课,不论对自己的答案有没有把握,他总是第一个举手回答老师的提问。课后和同学们讨论问题时,往往要辩论到“甚解”才肯罢休。他的课余时间大部分是在图书馆度过的,很少与同学一起打球、看电影。他认为“最浪费不起的是时间”。

    由于丁肇中勤奋刻苦,各门功课成绩优良,尤其突出的是数理化,这为他实现终身的奋斗目标打下了扎实的基础。

  2.决定当实验物理学家

    1956年9月,丁肇中依依不舍地告别了父母赴美国学习。开始了在密执安大学的艰苦学习。

    在大学期间,丁肇中能打破书本的局限去理解物理现象。他认为“作为一个科学家,最重要的是不断探寻教科书之外的事物。”

    丁肇中经过三年的努力,获得了数学和物理学硕士学位,之后又在密执安大学物理研究所攻读了两年,提前获得博士学位。他本来想成为一个理论物理学家,但有两件事促使他改变了自己的志向。一件是在研究所中,他虚心向乌伯克·凯斯等学识渊博的名教授请教,他们都非常喜欢这个勤奋的中国学生。乌伦伯克教授告诉他:作一个实验家比理论家有用。另一件是进研究所的第一个夏天,有两位教授正在进行一项暑期实验工作,缺少一名助手,丁肇中应邀参加了实验。从此,他与实验物理结下了不解之缘。

  3.关心祖国科学发展

    丁肇中虽然入了美国籍,但他深深地知道他的根在中国。为了祖国高能物理的发展,他不辞辛劳,远涉重洋,多次来大陆从事学术交流和参观访问,介绍国际高能物理的发展,努力促进国际物理学界同中国物理学家合作。在他亲自指导和无微不至地关怀下,从事研究的中国科学工作者有的已经在欧美获得了博士学位。他不仅为中国培养了一批实验物理的科研人才,而且还热心为祖国培养实验物理的研究生而努力奔波。现在他受聘出任中国科技大学名誉教授。丁肇中说:“四千年以来中国在人类自然发展史上有过很多重要贡献,今后一定能做出更大的贡献。我希望在自己能工作的时间内,为中国培养更多的人才。”

4.学术思想特点

    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。

5.丁肇中亲历的几个片段    

   

丁肇中教授是世界著名的实验物理学家。他1936年1月27日生于美国,祖籍中国山东省,中学时代是在台湾度过。1960年丁肇中获硕士学位,1962年获博士学位。1963—1964年在欧洲核研究中心工作,1964 —1967年在美国哥伦比亚大学工作。1967年起任美国麻省理工学院物理系教授,1977年 当选为美国科学院院士。

在1974年,丁肇中与美国科学家里希特各自独立地发现了J/ψ粒子。为此,他们共同获得了1976年诺贝尔物理学奖。在丁肇中所从事科学实验研究工作中,有几个他亲历并引以为自豪的精彩片段。

第一个片段是发生在1966年,丁肇中重做了当时世界上最重要的一个实验,那就是测量电子的半径。丁肇中得到的实验结果与理论物理学家推导出的理论相符合,因为早在1948年,理论物理学家根据量子电动力学的理论,得出电子是没有的体积的结论。但是到了1964年,实验物理学家经过实验得到电子半径为10—13厘米实验结果。随后,多个物理学家同样得到电子半径为10—13厘米实验结果,即得出了实验与理论不相符合的结论。1966年,丁肇中重做这个实验,证明以前那些科学家做的实验结果都错了。后来丁肇中总结这个故事得出的体会是“做实验物理,不要盲从专家的结论”。

第二个片段就是J粒子家族被发现的历史。这个发现,被国际高能物理学界誉为物理发展史上的一个重要里程碑。1970年代初,物理学家们普遍认为,世界上只有三种夸克,用三种夸克的理论就能够解释世界上所有的现象。1974年,丁肇中提出了“寻找新粒子与新物质”的实验方案,可惜未能被多数物理学家们重视。但他执著地求索,终于在实验中发现了新粒子?梹椫柿课?.1 GeV的J粒子,它的寿命是通常粒子的1万倍,并近而发现了J粒子家族。这一实验结果证明了当时三种夸克的理论是错误的。丁肇中体会这段历史总会说:“做基础研究要有信心,你认为是正确的事,就要坚持去做;不要因为多数人的反对而不做,也不要去管其他人怎么看”。

第三个片段是胶子的发现的实验。在物理学中,理论上认为夸克之间的力是胶子传递的。如果胶子是存在的,那么在高能正负电子对撞的实验中就会出现三个喷注的现象。如果胶子不存在,那么在高能正负电子对撞的实验上就不会出现三个喷注的现象,只会有二个喷注现象。在实验中,丁肇中果然发现了三个喷注的现象,这证明了胶子的存在。丁肇中根据这个“故事”告诫年轻科学家们,“做实验物理要对意外的现象有充分的准备”。

第四个片段是在过去20年间丁肇中在西欧核子中心开展的富有成效的国际合作研究工作。这个国际合作组有19个国家的600多个科学家参加工作,其中三分之一来自美国,三分之一来自欧洲,三分之一来自俄罗斯及其他国家。这个国际合作实验组取得了重要的研究进展,并且发表一大批学术论文,有75人获得了博士学位。那么这个国际合作为什么会得到那么多的国家、那么多的科学家的支持呢?丁肇中后来在一次演讲中讲到:国际合作最主要的是选择世界上最重要的、最有兴趣的题目,引起科学家的兴趣。没有兴趣,就没有意义。

第五个片段是在国际空间站上寻找由反物质粒子组成的宇宙(AMS)的实验。这一实验,是经过大量、激烈竞争后在国际空间站上进行的唯一的实验。反物质的存在,是1928年由英国物理学家P.Dirac推测出来的,1933年他因此获得诺贝尔奖。假如宇宙是大爆炸来的,有物质,也有反物质。由反物质组成的宇宙到哪里去了?所有的粒子都有反粒子,有没有由反物质组成的宇宙?丁肇中的AMS实验就是要回答这些问题。如果反物质存在,它会在太空中发射出反氦或反碳等原子核,这些反原子核会穿过太空接近地球,我们应该能够在太空中探测到。因此,这个实验需要到外太空去测量带电粒子,需要用测量磁场的方法来确定它们。这个实验也是一个国际合作研究工作,它由15个国家的科学家共同参与,将在2006年11月用美国128号航天飞机将AMS实验送到国际空间站,实验为期3—5年。丁肇中为这个实验付出了大量的心血,在实验取得不断进展的时候,他曾深有体会地说,对一个做实验物理的人来说,要实现你的目标最重要的是要有好奇心,对自己做的事情要有信心,同时要去努

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