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丁肇中:中国科学家有成绩就升官 是误入歧途
7/8/2018 5:15:32 PM | 浏览:135 | 评论:0

丁肇中:中国科学家有成绩就升官 是误入歧途

编者按:这是丁肇中先生2018年7月6日在山东大学的演讲。在演讲中丁肇中谈到了自己经历的现代物理的重要实验以及自己做自然科学研究的体会。演讲中他还提到,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。

原标题:大家讲坛| 丁肇中:我所经历的现代物理及我的体会

演讲者 丁肇中

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。

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。公元1612年,世界上所建造的最早的加速器,就是比萨斜塔。伽利略在上面让不同重量的东西同时落地。那个加速器能量非常低[0.0001eV],可是现在还存在,为人类做出了最重要的贡献。现在世界上最大的加速器,是周长27公里的欧洲核子中心的加速器,能量非常高[1.4×10∧13eV]。这个加速器的一个比较重要的“发明”,就是大家现在所用的互联网。经过四百多年的努力,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Richard Feynman,Julian Schwinger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。因为他们做了两个不同的实验,得到同样的结论,所以受到了物理界的认可和重视。

丁肇中:中国科学家有成绩就升官 是误入歧途

哈佛—康奈尔实验与费曼、施温格、朝永振一郎理论的对比

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)。这两个人是我当年的学生,一个学生现在是普林斯顿大学的副校长,另一个并不是个特别好的学生,现在是一个有成就的工业家。

丁肇中:中国科学家有成绩就升官 是误入歧途

实验示意图

丁肇中:中国科学家有成绩就升官 是误入歧途

丁肇中的学生

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。它的半径它的半径小于10∧-14厘米,小于不是等于。看看这个结果和理论的比较,这样的结果和理论完全符合,这表示电子是没有体积。

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量子电动力学是正确的

所以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。

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s bar。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。

丁肇中:中国科学家有成绩就升官 是误入歧途

丁肇中:中国科学家有成绩就升官 是误入歧途

美国布鲁克海文国家实验室

七十年代初,我设计了这个实验。实验要求的精确度是极高的,相当于在北京或者济南下雨的时候,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。按照屏蔽设施图:为了放射线屏蔽,先放了10000吨的水泥,然后放5吨的铀,100吨的铅,还有5吨的肥皂。为什么用肥皂?因为肥皂里面含水最多,水可以阻止慢性的中子。整个加速器把所有的粒子同时发射,也就是说每秒钟发射一百亿个粒子,能量是300亿电子伏。

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屏蔽设施图

新发展的粒子探测器,以前是没人做过的。这个探测器多年展于华盛顿的国家科技馆。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,就是两年以后,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。它的重要性很容易了解。在山东,人都活到一百岁左右,但忽然有一个村子,人不是一百岁,是一百万岁,这些人就和普通人不一样。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。

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美国华盛顿国家科技馆展出的J粒子探测器

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发现J粒子时的事例图,标记处即为发现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”,那个时候我还不知道“十月革命”是什么。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。

第三个实验是1979年发现胶子。刚才已经和大家介绍过了,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。发现胶子的意义是很大的。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。

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德国汉堡PETRA300亿电子伏特对撞机

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,中国有件事“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,七五年回中国以后才知道有个叫“文革”。1977年8月17号回到中国,邓小平主席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。七七年决定以后,七八年就开始有科学家来,到现在为止,有超过了一千多位科学家来到了我的实验室。有部分的科学家回到中国,比方说中国科学院的唐孝威、陈和生、郑志鹏、王贻芳、程林教授等。有一部分留在国外,留在麻省理工学院、加州理工学院、密西根大学,还有很多其他大学。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。这是七八年第一批到德国实验室的科学家,中间这一位是我的妻子。

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1977年8月邓小平接见丁肇中

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丁肇中及妻子与科学家见面

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。

丁肇中:中国科学家有成绩就升官 是误入歧途

发现相应的现象就意味着除了夸克以外,还有胶子。

所以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。我认为发现胶子的新闻很容易理解,但直到现在我还是不理解(头版)这个。

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纽约时报报道胶子的发现

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人民日报的报道

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。

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。

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第四个实验

要找什么呢?要找宇宙中最基本的粒子。我们说,通常用电,有电子。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是一个很大的国际合作组,有很多的国家参加。原来是十几个国家,在做这个实验的时候,苏联忽然“变成”很多个国家了。实验用的核心仪器和一间屋子差不多大,包含不少的探测器,仪器内部放有晶体。仪器中的磁铁都是由线圈组成的,有28个线圈,每个重40吨。苏联科学院制造的量能器,有300吨的铀,一万个电子信号通道。L3实验是首次美国、 苏联(前)、中国(台湾)、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。现在他们的晶体产品,已被广泛用于世界的工业及医学领域。

丁肇中:中国科学家有成绩就升官 是误入歧途

丁肇中:中国科学家有成绩就升官 是误入歧途

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实验所用电磁铁、量能器

仪器的电磁铁和300吨铀均来自苏联。这是苏联七十年来在国外做的最大的实验。那段时间我经常到莫斯科去,最大的印象就是那边的饭不好吃。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。第一种就是我们天天使用的,“走过”导线的电子;第二种是宇宙(射)线上的电子。宇宙(射)线上的电子比我们通常用的电子(即第一种)重200倍;再有一种就是原子里面的电子,比我们通常用的电子重4000倍。

二、电子是没有体积的,电子的半径小于10∧-17厘米。我开始做实验的时候,证明电子半径小于10∧-14厘米,经过三十年的时间减少了三个数量级,就是(意味着)永远找不到电子的半径精确的数值。这个是非常奇怪的现象。我们天天用电,但永远找不到电子的半径。

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。

更重要的是,科学是很多人一起做的,绝不是我一个人做的。所以对贡献大的科学家(投影材料上为“国家”),要有优先的认可,并使之得到国际上的公认,这样才能得到参加国政府长期的优先支持。人家支持你,你却把所有的结果都认为是你自己的,这就很不对。

第五个实验,就是现在正在做的,国际空间站上的阿尔法磁谱仪实验,做了快20年了,从1994年开始,将到2024以后。国际空间站是晚上除了月亮和金星以外最亮的“星”,长109米,宽80米,重490吨,造价大概是1011美金。这是20世纪、21世纪人类最大的工程。这个实验(阿尔法磁谱仪实验)是国际空间站上最大的实验,也是首次由美国、中国(台湾)、俄罗斯、芬兰、法国、德国、意大利、瑞士等16 个国家和地区在空间中的合作。中国参加的单位有航天部一院、航天部五院、山东大学、中科院电工所、中科院高能所、东南大学、中山大学、台湾的中山科学院、“中央研究院”、“中央大学”和成功大学。中国最大的贡献有两个。第一个是山东大学的热控制系统;还有一个是中国科学院航天部一院和美国麻省理工学院所做的磁铁。为什么这个磁铁重要呢?因为大家都知道,指南针一头向北一头向南,假使把一个大磁铁放到天上,一头向北一头向南,就没办法控制航天飞机了。这也是多少年来没有人能把磁铁放在天上的主要原因。后来这个被电工所、高能所、麻省理工学院、航天部一院用很简单的办法解决了。这个简单的办法花了四十年时间才完成。1998年,刊登在《科技日报》上的世界十大科学新闻中,第五条(就是)阿尔法磁谱仪:“(1998年)6月2日,装有中国制造的巨大永磁铁的阿尔法磁谱仪,首次搭乘美国发现号航天飞机升空”。这是人类第一次把很大很大的磁铁放到天上。航天飞机没有一点问题,证明我们的设计是对的。

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中科院电工所、高能所、航天部一院、MIT合作的永久磁铁

这个实验有很多的国家参与,用的经费很多。但是,我做实验只考虑精确度安全度,不考虑钱。所以很多人有不同的意见。2003年2月1号,航天飞机“哥伦比亚”号爆炸,布什总统和美国政府认为航天飞机太过危险,应该取消,也因此把空间站上所有实验都取消了。所有人都服从美国政府的命令,唯一有不同意见的就是我。我说:你做这个决定是错误的,因为做空间站的目的是要做科学实验。把空间站做好却没有科学实验,就没有什么意义了。美国的参议院同意我的说法,所以在2008年全体通过了一条法律:HR6063,要求美国政府专门为我们增加一班航天飞机,把我们的仪器送到空间站上。在美国,用国会命令政府做一个科学小实验,这应该还是第一次。在2008年奥巴马竞选总统的发言上也说,支持增加一班航天飞机把我们的仪器送到国际空间站。当时美国的媒体大多数都有些说法,说政府的决定是错误的。

这是首次在太空中运行的大型天体物理实验。所有的探测器都是我们发展的新技术。AMS(阿尔法磁谱仪)仪器上有穿越辐射探测器、飞行时间计数器、硅微条探测器和电磁能量探测器,有一层是中国航天部所做的磁铁。还有环形切伦科夫计数器,通常用在加速器上,非常精密,要完好地把它送到天上。送到天上的第一个困难,是起飞的时候震荡非常非常大;第二,在天上,白天和晚上的温差非常非常大,所以一定要控制温度。第三,更重要的事情是,到了天上以后,就不知道有没有坏,不能停下来派一个学生上去维修。这是不可能的。

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AMS(阿尔法磁谱仪)仪器

这个实验第一次可以精确测量电荷(量)、能量、动量,或者刚度。刚度等于动量除以电荷(量),电荷就是(元素在)周期表上的位置。国际空间站每93分钟绕地球一周,地球每年绕太阳一周,所以国际空间站随时随地温度变化是很大的。因而热控制系统就是保证AMS运行的最重要设计,这个设计由山东大学的程林教授、崔峥教授等所主持,并由美国航天局,欧洲航天局,还有我所在的麻省理工学院协助。航天器绕地球运转,信号传到美国休斯敦,再由休斯敦传到欧洲核子中心。转一圈93分钟,相当于45分钟左右的白天,45分钟左右的夜晚。AMS仪器所受到的热量包括太阳热量、大气反射的热量、地球反射的热量,白天晚上,即每45分钟,温度变化是30度。山东大学热控制系统是我们这个实验最重要的仪器,它要长期在外太空工作,现在已经7年了,要工作10年以上,保持温度的稳定性在3度。

丁肇中:中国科学家有成绩就升官 是误入歧途

热控制系统

山东大学在AMS热控制系统中具体负责:

–  设计主散热板;

–  热控制系统、飞行件和验证件的设计、分析、加工、集成和测试;

–  在欧洲宇航局进行AMS的热真空测试;

–  负责AMS热控制系统运行;

–  记录和监控AMS在国际空间站上的运行情况;

–  在山东大学持续进行AMS的热学分析;

这些长期的独有的知识和经验对中国载人航天是很重要的,是唯一的,别人没有的。

有16位老师做出了主要贡献。最主要的贡献者有程林、崔峥和孙锲,今天大概都到了场。另有33名学生参加了实验。所有的仪器通常做两个:一个在地面做测试,另一个是飞行件。

丁肇中:中国科学家有成绩就升官 是误入歧途

这个技术为什么重要:除了做我们的实验以外,将来走向太空,第一步在月球上建立基地,第二步是火星探测。在火星上,白天和晚上的温度差100度,同时来回需要三年。如果不能控制温度的话,去不成,也不可能回来。100年以前,从山东到美国,坐船的话要两个月,现在只有十几天。所以再过一百年,我猜想,到月球或者到星际,可能是件比较容易的事情。人只要有好奇心,是永远不会停止向前的。但向前所需要的,重要的,制作热控制系统的经验,只有在山东大学才有。

飞行件,5米×4米×3米,重7.5吨。美国宇航局的人跟我说,上天的重量,是应该按黄金来计算的,那就等于用了7.5吨的黄金。5月16号起飞,之后传来的照片上有两个宇航员出舱。宇航员出舱是非常危险的,所以通常一定有两个人。他们出舱与我们没有关系,是维修空间站。我非常不希望他们碰我们任何的东西。

丁肇中:中国科学家有成绩就升官 是误入歧途

热控制系统的运行:从AMS到空间站起,山东大学负责热控制系统的运行,并在山东大学进行在轨数据分析。根据现在美国的法令,美国的知识是不能传给中国的。于是我就说,这个仪器不是美国宇航局的,是我们的仪器。他们说法令就是法令。最后商量的结果是麻省理工学院派3位科学家做翻译,把山东大学热控制系统所发出的指令传达到宇航局航天中心。

实验的第一个目标是寻找宇宙中暗物质的来源。宇宙中大约有90%的物质是看不见的,所以称作暗物质。怎样寻找暗物质?第一个关键字:它是看不见的。暗物质用χ来表示,碰撞的时候变成能量,能量变成质量,变成正电子和反质子,可以被AMS探测到。与此同时,普通的宇宙线碰撞以后也可以产生正电子和反质子,被AMS接受。所以如果暗物质湮灭产生多余的正电子和反质子,可以被AMS精确测量。在AMS实验以前,全球也有很多做电子、正电子精密测量的实验,但数据的误差非常大,根本分辨不出来是怎么回事。这是因为测量正电子和电子非常困难。AMS测量正电子和电子的最新结果是正电子和电子的流强不同,它们随能量的变化也不同。这就非常奇怪,可以想一想为什么:因为宇宙是中性的。

丁肇中:中国科学家有成绩就升官 是误入歧途

丁肇中:中国科学家有成绩就升官 是误入歧途

数据很多,2810万个电子,190万个正电子。(正电子)它的特性,不需要任何理论就能看出来。在能量很低的时候,数据与宇宙线碰撞模型的计算是符合的;在能量为80亿电子伏以上,正电子能谱是平的;300亿电子伏特以后,正电子能谱再次上升;到了3000亿电子伏特时,达到最高值;之后正电子能谱快速地下降。很难解释。所有物理现象都应该是一个很均匀的分布,是很自然的,但正电子是不一样的。但正电子能谱与质量为1万2千亿电子伏特的暗物质模型是完全符合的。

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但这个实验到现在为止误差还是很大,大概还要做十年的时间才能把高能部分搞出来,因为高能部分数据非常非常少。所以虽然现在的结果与暗物质是符合的,但并不能证明暗物质存在。

第二个目标:精确测量宇宙线。我们有7个探测器,对宇宙线的各种原子核进行精确的测量。宇宙线有2种:初级宇宙线和次级宇宙线。初级宇宙线就是很原始的宇宙线,比方说质子,氦,碳,氧……产生以后,在宇宙中飞行几百万年,被AMS探测到。初级宇宙线从他们的起源一直传播到AMS。所以,初级宇宙线携带了关于他们起源和传播的信息。

在AMS之前,过去一百年来全球测量质子流强的实验最好的结果仍具有很大的误差,相互之间不一致。这限制了对宇宙线的认识。有很多不一样的结果,就意味着任何理论都可以符合。AMS采集了3亿个结果,(在2000亿电子伏钱)符合理论结果,但到2000亿电子伏之后就不一样了,有新的现象存在。实验的结果和理论预测不一样,推翻了几十年来的传统理论。

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在我们之前,测量初级宇宙线(氦,碳、氧)的结果没有一个清楚的规律。但我们的结果非常奇怪,AMS初级宇宙线的测量结果是,氦、碳、氧随着刚度的增加发生完全相同的变化。氦测了9000万个数据,碳840万个数据,氧700万个数据,量是很大的。

同时有一个现象,在2000亿伏以后,氦,碳、氧以完全相同的方式上升,这是出乎意料的结果。没有任何一个结果和以前的结果是一样的,没有任何一个结果和理论推测是一样的。用中国话说,叫“天下大乱”了。

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除了初级宇宙线以外,还有次级宇宙线(锂,铍,硼…)。次级宇宙线是由初级宇宙线和星际物质碰撞产生的,所以次级宇宙线提供了宇宙线传播过程和星际物质的特性。锂测了190万个数据,铍90万个数据,硼260万个数据。次级宇宙线(锂、铍和硼)随着刚度具有相同的行为,但他们在2000亿伏以后慢慢改变方向。次级宇宙线和初级宇宙线随刚度发生不同的变化,这是想象不到的结果。

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“碳-氮-氧循环”是恒星能量的来源,是1939年Bethe提出来的,因此在1967年拿到诺贝尔奖。

“It is shown that the most important source of energy in ordinary stars is the reactions of carbon and nitrogen with protons. These reactions form a cycle in which the original nucleus is reproduced … “

他获得诺贝尔奖时,实验在太阳系中测量了碳、氮、氧比例的联系。我们测量了银河戏中的比例。在太阳系内氮/氧=0.17,在银河系中氮/氧=0.09;太阳系内碳/氧=0.54,银河系内碳/氧=0.90。

在宇宙中除了原子外还有上百种带电的基本粒子。只有电子、质子、正电子和反质子具有无限长的寿命,能够在宇宙中一直穿行,直到被AMS接收为止。根据测量,随着能量的增加,质子和反质子的能谱具有相同的行为。如果大家认为如果认为反质子是质子碰撞的产物,就很难想象这种结果。

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最出乎意料的是:正电子、反质子和质子的能谱是一样的,但是反质子和质子的质量比正电子的质量大2000倍。这和地面上的经验完全不同。电子的能谱则是完全不一样的。4月15号,我在西班牙组织了一个国际会议,邀请了世界上最有名的的科学家来讨论,到现在为止还没有人能解释。

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美国物理学会过去10年共发表了20000篇重要物理结果(PRL)其中52篇最重要的物理结果入选“编辑建议”十周年回顾, 包括:

•  AMS暗物质论文

•  发现重力波(2017年获诺贝尔奖)

•  发现117号元素

能看出,AMS已经开始为人类的知识做出重要贡献。

AMS的另一个目标是寻找由反物质组成的宇宙。如果宇宙起始于大爆炸,大爆炸之前是真空,那么大爆炸之后应该有相同数量的物质与反物质。过去50年,没有实验在太空中精确地寻找到反物质。所以,理论物理学家认为,对称性是破坏的,对称性理论是错误的,反物质在宇宙中是不存在的。

正因如此,过去50年大家都在找对称性破坏,却没有找到。但AMS找到了一个反氦-4的候选事例。所涉及的(反氦-4的)动量=32.6 ± 2.5 GeV/c,电荷=-2.05±0.05。(现观测的)所有氦的电荷都是正的,只有它是负的。它的质量=3.81±0.29 GeV/c2,而4He质量=3.73 GeV/c2,质量是一样的,唯一不同的就是电荷。这表示宇宙中非常非常有可能有反粒子存在。找这种氦是很困难的。每1亿个氦数据中,只有1个反氦。为了确保数据的准确性,现在正在对探测器进行精确的验证。

丁肇中:中国科学家有成绩就升官 是误入歧途

我们测量的正电子的结果和暗物质的理论是符合的,但是要完全证明找到暗物质,还需要几年的时间。宇宙线的各种原子核的能量分布,都与现有的宇宙线理论不符合。AMS推翻了以前所有的理论,带来了新的知识。

但AMS最重要的结果是,探索到自然界中存在,然而我们却无法想像的,前所未有的现象。这才叫“向前走”。

我刚拿到物理博士学位的时候是60年代,那时候最新的仪器是美国300亿电子伏的质子加速器。根据专家的意见,(原定目标)是了解原子核力的来源。实际发现是2种中微子、时间对称破缺、J粒子;70年代,美国4000亿电子伏的质子加速器,原来是想找中微子,实际上发现了第5种夸克、第6种夸克;

70年代,美国60亿电子伏正负电子对撞机,原来的目标是量子电动力学,实际的发现是部分子、第四种夸克、第三种电子;80年代,德国400亿电子伏正负电子对撞机,原来的目标是第6种夸克(实际的发现是胶子(有中国科学家参与));2000年,日本地下实验室,原来的目标是质子寿命(实际的发现是中微子有质量);哈伯望远镜,原来的目标是银河探索,最后找到了暗能量。

丁肇中:中国科学家有成绩就升官 是误入歧途

科学是多数服从少数,只有少数人把多数人的观念推翻以后,科学才能向前发展。因此,专家评审并不是绝对有用的。因为,专家评审是依靠现有的知识,而科学的发展是推翻现有的知识。所以受到别人的反对是很好的事情。

刚才已经说过了,现在再来总结一下山东大学和AMS:

1.  山东大学现在主要工作合作者:美国宇航局、美国麻省理工学院。麻省理工学院现在有大约50位科学家(参与实验)。

2.  程林教授主要负责热控制系统的设计,主管AMS整个热控制系统。空间站白天(46.5分钟)和晚上(46.5分钟)的温度变化超过30度。所以,热控制系统是最主要、最关键的仪器,要长期保持AMS仪器的温度稳定在上下起伏小于等于3度。

3.  AMS主要团队有:

1)    德国亚琛大学、卡尔斯鲁厄大学

2)    中国山东大学、航天部、中山大学、东南大学、电工所

3)    意大利佩鲁贾大学、罗马大学、特伦托大学、博洛尼亚大学、比萨大学等

4)    美国宇航局休斯顿航天中心

5)    美国麻省理工学院

6)    台湾中央研究院、中央大学

7)    中国科学院高能所

8)    瑞士日内瓦大学

9)    西欧核子中心

10)   西班牙国家核子物理研究中心CIEMAT

这个实验对工程上的意义在于建造载人登月、登火星的热控制系统和通信系统。希望山东大学和世界上知名的学校和航天机构继续合作,对人类认识宇宙的奥秘继续做出重要的贡献。

这个实验是由16个国家花了20年的时间建成的。AMS是太空中唯一的磁谱仪,今后几十年内,不可能再有第二个磁谱仪。AMS所有的结果都是独一无二的,改变了人类对宇宙的认识。

我最后一个体会:自然科学的研究,是具有竞争性的,只有第一,没有第二。没有人知道谁是第二个发现相对论的人。

谢谢大家。

丁肇中

2018.7.6

于山东大学

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