雀斑样痣遗传几率:4月29日 大众科技报

我所经历的实验物理
——介绍我的5个实验及体会
丁肇中
编者按 1976年诺贝尔物理学奖获得者、美籍华人科学家丁肇中，9月16日上午应邀为2006中国科协年会做学术报告《我所经历的实验物理》，介绍他的5个实验及体会。现节选刊出，以飨读者。其中丁肇中教授近年来领导15个国家600名科学家进行的阿尔法磁谱仪AMS探测太空反物质实验，因集中地反映在当日下午他回答本报记者提问的报道（见本版头条）中，故在本文中略去。
实验是自然科学的基础，理论如果没有实验的证明，是没有意义的。当实验推翻了理论后，才可能创建新的理论，理论不可能推翻实验。过去400年，我们对物质结构的基本了解, 大都来自于实验物理。
第一个实验
测量电子的半径
1948年，根据量子电动力学,费曼、施温格和朝永振一郎提出理论：电子是没有体积的，这个理论被当时所有的实验所证明，他们也因此获得诺贝尔奖。
但是，美国哈佛大学和康奈尔大学的教授和多年专门从事这种实验的专家用若干年时间，做了两个不同的实验，于1964年得出了相反的结果——量子电动力学是错误的，电子是有体积的（电子的半径为10-14～10-13厘米）。他们的结果受到物理学界的认可和重视。
因为这是关于物理基本观念的实验，所以我决定用不同的方法测量电子的半径。那时, 我刚得到博士学位，没有任何经验，所以没有人相信我能做出这样的实验，也没有人支持我。
1965年我决定放弃在美国大学的前途，到德国通过新建的加速器用不同的方法重做实验。 8个月后，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10-14厘米。
做完这个实验后，我的第一点体会是不要盲从专家的结论。
第二个实验
新粒子家族的发现
1974年以前，物理界都认为粒子由3种夸克组成。但是我却有个疑问：为什么只有3种夸克？
20世纪70年代初，为了寻找新夸克，我设计了一个实验。这个实验要求的精确度极高。相当于北京下雨时，每秒降落100亿个雨滴，其中有一个雨滴是红色的，而我们要做的就是从这100亿个雨滴中将其找出。然而，当时这个实验并不受物理学界欢迎，由于人们都相信只有3种夸克，而且没有人相信如此困难的实验能成功，因此这个实验几乎被世界上每个实验室所拒绝。
1972年，美国布鲁凯文实验室接受了我的实验。为了能从100亿个已知粒子中找到一个新粒子, 这个实验必须每秒输入100亿高能量的质子到探测器上，但这么多的质子输入探测器所产生的放射线可能会彻底破坏探测器，对工作人员也非常危险，因此必须发展全新的、非常精确的、在非常高的放射线下能正常工作的仪器，同时必须设计安全的屏蔽系统。
两年后我们发现了一种新的粒子，它具有奇异的特性，寿命比已知的粒子长1万倍。这种新粒子的发现，证明了宇宙中有新的物质存在，它们由新的夸克组成，我们把新发现的这种粒子命名为J粒子。
J粒子的发现, 改变了物理学界长期认为世界上只有3种夸克的观念，改变了人类对于物质基本结构的认识。我也因此获得了诺贝尔奖 。J粒子发现后不久，同样寿命的类似粒子也相继被发现，现在我们已经知道，世界上至少存在6种不同的夸克。
通过这个实验，我的第二点体会是要对自己有信心，做你认为正确的事，不要惧怕困难，不要因为大多数人的反对而改变。同时，决策机构要给优秀的年轻人机会。
第三个实验
胶子的发现
1977年8月，时任中共中央副主席邓小平建议每年派10位科学家参加我的工作。从那时至今，中国科学家参加我的团队，并做出了世界公认的贡献。邓小平对我说，对科技工作，要想得远一些，看得宽一些。一是要派人出去学习，二是要请人来讲学。不但科研机构这样，企业也要这样。我曾多次见到邓小平主席，每次见到他，都向他介绍我的工作。他对物理很有兴趣，同时问我很多问题，也常向我讲述战争年代的经历。他是我接触过的国家元首和科学家中最特殊的。
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3个喷注的现象。如果胶子不存在，那么实验上应该只有2个喷注现象。1979年，在我的实验中，果然发现了3个喷注的现象，证明了胶子的存在。
1979年9月2日美国《纽约时报》头版报道了我们发现胶子的消息。《参考消息》1979年9月11日转载《纽约时报》头版消息，“……27名中国科学家参加了这次主要的实验，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……”《人民日报》1979年9月5日头版消息副标题为“这种新粒子发现引起全世界科学界极大兴趣；我科学院高能物理研究所唐孝威等20多位科学工作者参加这项实验研究”。
通过这个实验，我的第三点体会是对意料之外的现象要有充分的准备。
第四个实验
在欧洲核子中心的L3 实验
我们知道宇宙是由类电子组成的，即有6种夸克和3种电子。那么到底有多少电子？为什么只有3种？电子有多大？电子能不能分成更小的物质？到底有多少种夸克？夸克有多大？夸克能不能分成更小的粒子？为了做这个实验，过去２０年我一直在西欧核子中心工作。
L3实验是美国、 苏联、中国等19个国家的600名科学家共同参与的大型国际合作。我们将1000亿电子伏特的电子和1000亿电子伏特的正电子对撞，在实验室里制造了宇宙诞生最初一千亿亿分之一秒时的温度，即太阳表面温度的4000亿倍。其实验结果显示，只有3种不同电子； 电子没有体积，其半径小于10-17厘米；夸克也没有体积，其半径小于10-17厘米。
L3实验共发表文章271 篇，有300 人获博士学位，而且培养了很多优秀的中国科学家回国工作。
这个实验让我有了第四点体会：主持国际科学合作, 要选科学上最重要的题目，引起参加国科学家的最大兴趣，才能得到参加国政府长期的优先支持。
第五个实验
国际空间站上的AMS实验（略）
通过这个实验，我的第五点体会是自然科学的研究是具有竞争性的，只有第一。
从发现到应用要有一段时间
如果你要求物理学家，即使是最伟大的物理学家，对一个新发现的实际应用做出预言，你可以听到如下的回答：
1930年，物理学家恩内斯特·卢瑟福：“通过打碎原子来产生能量是不合算的。任何希望将原子嬗变转化成能源的想法都是空想。” 1926年，物理学家，李·德福斯特：“电视从理论和技术而言是可行的，从商业和经济的角度来看，我认为是不可能的，它只不过是个浪费时间的梦想。”1880年，开尔文爵士：“X射线是个骗局。” 这3位著名科学家的预言都错了，所以让物理学家推测将来是不可信的。
基础研究改变整个世界和人类的生活。人们注意到，图二上的这个“金字塔”由于新的应用在不断增高，同时基础研究不断地拓宽它的底部。基础研究越来越走到了“金字塔”最外面的角落，因此，有时候因为它远离日常生活而受到责难。 只有在一段时间以后，当“金字塔”的应用部分长高了，公众对奇怪的新现象熟悉了，它们才看上去比较“实际”。我认为，没有任何理由认为今后这个“金字塔”不会继续扩大和长高。
从发现一个新现象到市场化大约需要20~40年，对政治家和实业家来说，这样一段时间往往太长了。但是，研究工作不会一帆风顺，当深入到未知的领域时，很难做出预言，错误是成功的一个组成部分。因此，基础研究需要充分的自由空间和长期的展望。
许多人认为，如果一个国家想要在技术和经济方面具有竞争力，它必须集中能力发展有市场效益的实用性技术，并使经济持续发展。我们常听到这样的争议：是支持“无用的”基础科学，还是将资源集中于技术的转化和应用研究。 从历史的观点看，后一种观点是目光短浅的。
如果一个社会将自己局限于技术转化，经过一段时间，一旦基础研究不能发现新的知识和新的现象，也就没有什么可以转化的了。技术的发展植根于基础研究之中。我们可以看到，如果没有对基础研究和教育方面的投资，发展经济的实用主义途径是不可能持久的。
这正是1977年8月邓小平主席对我说的：对科技工作要想得远一些，看得宽一些。