今天我想向大家介绍的是我所经历的现代物理和我的体会。

　　实验是自然科学的基础，理论如果没有实验的证明，就没有意义。当实验推翻了理论以后，才可能得到新的理论，而理论是不可能推翻实验的。

　　主讲嘉宾 丁肇中

　　诺贝尔物理学奖获得者、美籍华人物理学家。

　　1936年1月27日出生于美国密歇根州安阿伯镇，1969年至今任美国麻省理工学院物理学教授。研究领域为试验粒子物理、量子电动力学及光与物质相互作用，因发现“J粒子”获得1976年的诺贝尔物理学奖。

　　1994年起领导阿尔法磁谱仪（AMS）实验，在空间寻找反物质和暗物质。1994年当选为中国科学院外籍院士。是美国国家科学院院士（1977），美国艺术和科学院院士（1975），俄罗斯科学院外籍院士和巴基斯坦科学院外籍院士。

　　精彩观点

　　●理论如果没有实验的证明，就没有意义。当实验推翻了理论以后，才可能得到新的理论，而理论是不可能推翻实验的。

　　●我做实验的第一个结论是：不要盲从专家的结论。

　　●做基础研究，要对自己有信心，做你认为正确的事情，不要因为大多数人的反对而改变。我做实验已经多于五十年了，每一个实验都受到大量的人反对，可是我“容忍”别人错误的判断。

　　●要是不去做实验，你永远不知道事实是怎么回事。

　　我的第一个实验

　　证明电子是没有体积的

　　过去四百年，我们对物质结构的基本了解，大都来自于实验物理。现在对物质结构的基本了解是：原子的外层是电子，里面是原子核。原子核里面是粒子，粒子里面是夸克，把夸克“绑”在一起的是胶子。这是我们描绘的宇宙物质结构的最基本图像。

　　我1956年进入密歇根大学，1962年拿到博士学位。拿到博士学位以后，我很快就决定自己做实验。第一个实验就是证明电子是没有体积的，它的半径小于10∧-14厘米。我1965年的实验测量了电子半径。

　　在1948年，根据量子电动力学（QED），由RichardFeynman，JulianSchwinger和朝永振一郎提出了一个理论：电子是没有体积的。这个理论被当时所有的实验所证实，因此他们获得了诺贝尔奖。但是到了1964年，哈佛大学和康奈尔大学很多很有名的教授，或多年专门从事这种实验的专家们，用了多年的时间做了两个不同的实验，得到了相反的结论，说量子电动力学是错误的，电子是有体积的，它的半径不是小于而是等于10∧-13~14厘米。

　　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来测量。那个时候我刚刚拿到博士学位，没有任何经验，所以没有人相信我能够做出这样的实验，更没有人支持。在1965年，我决定放弃在美国大学的前途，到德国新建的加速器（DESY）用不同的方法重复了这个实验。用的加速器周长是320米，当电极转过磁铁的时候，就会发射75亿电子伏的光，光打在电子上（使其加速）。八个月以后，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，小于不是等于。

　　我做实验的第一个结论是：不要盲从专家的结论。我之前什么实验也没做过，这是我的第一个实验。另外两个队伍都是有名的科学家，结果都是错的。

　　我的第二个实验

　　从100亿个粒子中找一个新粒子

　　第二个实验就是发现新粒子的实验，是于1970年到1974年在美国的长岛（布鲁克海文）国家实验室完成的。

　　1970年，物理学家都认为，粒子是由三种夸克所组成的。质子：紫色的u，红色的u和蓝色的d；K+介子：紫色的u，粉色的sbar。我的问题是，为什么只有三种夸克？为了寻找新的夸克，我决定建造一个高灵敏度的探测器。

　　实验要求的精确度是极高的，相当于下雨的时候每秒钟有100亿个雨滴，其中有1个雨滴是不同的颜色，是红色或者紫色的，我们要从这100亿个雨滴中，在一秒内把它找出来。因而这个的精确度就是一百亿分之一。

　　这个实验不受世界上所有物理学家的欢迎，理论物理学家都相信只有三种夸克。原因很简单，因为三种夸克已经可以解释所有当时已知的物理现象；而实验物理学家认为，没有人能做出这样困难的实验。所以，这个实验几乎被世界上所有的实验室所拒绝。1970年，美国布鲁克海文国家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，这个实验必须每秒钟输入100亿个高能量的质子到探测器上。这么多的质子输入探测器所产生的放射线会彻底破坏探测器，对工作人员也是非常危险的。因此，必须发展全新的、非常精确的，在非常强的放射线下，能正常工作的全部仪器，也必须设计安全的屏蔽系统。

　　新发展的粒子探测器，以前是没人做过的，以前也没人想到仪器能在这么强的放射性下工作。到了1974年，实验发现了新的粒子，它有一个奇异的现象，就是寿命比一致的粒子长一万倍。在这种新粒子发现以后，很快同样寿命的其他新粒子也被发现了。这就表示宇宙中有新的物质存在，它一定是新的夸克粒子，我们把它命名为J粒子。

　　没有人会想到有这种现象，所以当时物理界的人说，这是物理界的“十一月革命”。J粒子的发现改变了人们对于基本物质的认识。

　　我做实验的第二点体会是：做基础研究，要对自己有信心，做你认为正确的事情，不要因为大多数人的反对而改变。我做实验已经多于五十年了，每一个实验都受到大量的人反对，可是我“容忍”别人错误的判断。

　　我的第三个实验

　　发现胶子，27名中国科学家参加了实验

　　第三个实验是1979年发现胶子。原子外面是电子，元素按照电子排布就变成周期表。原子里面有原子核，原子核里面有粒子，粒子里面有夸克，把夸克“绑”在一起的是胶子。

　　宇宙中有三种力：一种是引力。引力波从1942年开始探测，现在才发现，去年拿到了诺贝尔奖；电弱力是由光、Z0、W±子传输的；强力，是在夸克中间的力，是由胶子传输的。

　　在七十年代，世界上最大的加速器，是在德国汉堡名为PETRA的300亿电子伏特对撞机，这是我的实验。实验目的是继续找电子的半径。我一直很奇怪，为什么我们天天用电，却永远也找不到电子的半径。

　　那个时候，中国正进行“文化大革命”，可那个时候我天天在实验室中，并不知道这个是什么，1975年回中国以后才知道“文革”。1977年8月17日回到中国，邓小平建议每年派十个科学家参加我的工作。从那个时候起，中国科学家参加我们团队，做出了世界公认的贡献，到现在为止，有超过了一千多位科学家来到了我的实验室。在中国的科学家确实跟我工作都很好，所不幸的是，一有成绩以后，就升官了。升官呢，用我的话说，就是“误入歧途”了。

　　怎么样使胶子发现？当有一个能量很高的正电子和负电子碰撞的时候，能量就变成质量，质量可以产生成夸克。夸克出来以后，就变成一个喷柱；然后有反夸克，也放出一个喷柱。假使有胶子存在，就会有另外一个能量。胶子能量很低的时候有两个喷柱，随着胶子的能量增高，会有三个喷柱。发现相应的现象就意味着除了夸克以外，还有胶子。

　　胶子的发现是非常重要的。1979年9月2日，美国《纽约时报》头版用整篇的消息介绍了这个实验。中间有一段说：27名中国科学家参加了主要的实验。在有关核粒子的国际合作研究史上，这是第一次，也是中国的一个重要的贡献。当年的人民日报也报道了关于胶子的发现。

　　所以做实验的第三个体会：对意外的现象要有充分的准备。因为我开始做实验的时候根本没想到会发现胶子。

　　我的第四个实验

　　1000亿电子伏对撞温度是太阳表面温度4000亿倍

　　第四个实验花了20年，在欧洲核子中心的L3实验，就是用周长27公里的政府电子对撞机完成的，用1000亿电子伏的正电子和1000亿电子伏的电子对撞。至于对撞的温度，大家可以想到，1000亿电子伏的电子对撞，产生的光是很亮的。日光灯管是220伏，1000亿电子伏对撞时的温度是太阳表面温度的4000亿倍，是宇宙诞生最初的1000亿亿分之一秒时的温度，也就相当于在实验室里制造宇宙刚开始时的温度。

　　要找什么呢？要找宇宙中最基本的粒子。在宇宙中有几种不同的电子？电子到底有没有体积？电子能不能分成更小的东西？你要是问理论物理学家，他们会告诉你，这些都知道了，想这些是没有意义的。人们之前认为宇宙中只有三种夸克，第四个夸克被我发现以后，现在第五种第六种都已经找到了。发现了第四种，就意味着原来的观念是错误的。到底有多少种夸克？夸克有多大？理论物理学家觉得，这些问题他们已经都知道了。可要是不去做实验，你永远不知道事实是怎么回事。

　　L3实验是首次由美国、苏联（前）、中国、欧洲等19个国家的600名科学家，共同参加的大型国际合作。中国的主要贡献是由上海（中科院）硅酸盐所生产的BGO晶体，BGO晶体是透明的，其比重和钢相同。当时世界年产量只有4公斤，可是我需要12吨。这个问题被上海科学院（中科院硅盐酸所）解决了。

　　这个实验20年发表了300篇文章，有300个人获得博士学位。《科学美国人》用杂志封面介绍了我的实验。实验的结果可以用三句话总结一下：一、宇宙中只有三种不同的电子。二、电子是没有体积的。三、夸克也是没有体积的，夸克的半径也小于10∧-17厘米。

　　我的第四点体会：组织一个大型的国际合作，最重要的是要选科学上最重要的题目，引起参加国科学家最大的兴趣。因为我并没有权利要求各国政府支持我，只能帮助他们的科学家向政府解释实验的做法。

　　（本文是丁肇中先生2018年7月6日在山东大学的演讲，根据录音整理，有删节。）