科学研究，只有第一没有第二

丁肇中，1936年1月出生，山东日照人，现任麻省理工学院物理学教授，国家科学院院士。他获得了1976年诺贝尔物理学奖。近年来，他因领导“阿拉法磁谱仪”实验探索反物质而闻名海外。

核心提示

不要盲从专家的结论，权威专家的实验结果不一定正确。

做你认为正确的事，不要害怕困难，不要因为大多数人的反对而改变。

科学很难推测，人们应该对意想不到的现象做好充分准备。

科学是多数服从少数。只有当少数人推翻了多数人的概念，科学才能前进。

老师们！亲爱的学生们！我很高兴能来东南大学和你交流。今天，我报告的主题是“我经历的实验物理”，它介绍了我的五个实验和经验。

实验是自然科学的基础。没有实验证明，理论是没有意义的。一个非常重要的概念是，一个新的理论只有在实验证明了理论之后才能建立。在过去的400年里，我们对物质结构的理解大部分来自实验物理学，所以我想告诉你我经历过的五个物理实验。

电子有半径吗？

不要盲目遵循权威专家的结论。

第一个实验是测量电子的半径。1948年，有三位物理学家，一位是费曼，一位是施文杰，第三位是长崎一郎。通过实验，他们得出结论，电子没有体积，换句话说，电子没有半径。这个理论被当时所有的实验所证明，然后他们获得了诺贝尔奖。然而，在1964年，哈佛大学和康奈尔大学的著名教授和多年来专门从事这种实验的专家做了几年的实验，得到了相反的结果:量子电动力学是错误的，电子有体积，电子的半径是在负13厘米和14厘米之间的10，也就是说，电子的大小是可以测量的。他们的实验结果得到了生物学学术界的认可和重视。这是一个关于事物基本概念的实验，是权威科学家的实验结果。谁对谁错？

我决定用不同的方法来测量电子半径。当时，我刚刚拿到博士学位，所以没有人相信我能做这样的实验，也没有人支持我。然而，在1965年，我决定放弃我在美国大学的未来，去德国新建的加速器实验室以不同的方式再次做这个实验。八个月后，我的实验证明了量子电动力学是正确的，电子没有体积，其半径小于10-14厘米。

[知觉]我的第一个经验是:不要盲目跟随专家的结论。在我之前，所有的实验都是由世界著名的科学家进行的，他们的实验结果可能不正确。

世界上只有三个夸克？

做正确的事，不要害怕困难。

第二个实验是发现了一个新的粒子家族。1974年以前，全世界的物理学家都认为粒子由三种夸克组成，中子是三种夸克，质子是三种夸克，三种夸克可以解释所有的核物理现象。我的问题是:为什么宇宙中只有三个夸克？为了解决这个“为什么”，我决定建造一个高度灵敏的探测器。因此，我在20世纪70年代初设计了这个实验。实验所需的精度相对较高，相当于南京下雨时每秒100亿个雨滴。如果一滴雨滴是红色的，我们必须找到它。困难是可以想象的，精确度是1/10亿。

这个实验也不受物理学家欢迎，因为每个人都认为宇宙中只有三个夸克。做这个实验的人都不相信他们能做这么难的实验，所以这个实验被世界上所有的实验室拒绝了。直到1972年，美国布鲁凯文实验室接受了这个实验。为了从100亿个已知粒子中找到一个新粒子，每秒钟必须向探测器输入100亿个高能质子。这么多质子输入探测器产生的辐射会彻底摧毁探测器，而且工作人员也非常危险。因此，有必要开发全新的、非常精确的和所有能在强辐射下正常工作的仪器。当每秒钟泵入100亿个质子时，需要一个大的屏蔽系统。我们的屏蔽系统使用10，000吨水泥、5吨铀、100吨铅和5吨肥皂，可以防止中子。当时，很难向美国*索要5吨肥皂。这是我们当时完成探测器后为探测器制造的新仪器。该探测器目前在美国国家科学技术博物馆展出，分辨率为100微米，分辨率为2000万赫兹。

这个实验的结果是，我们发现了一种新粒子，它具有奇怪的特性，其寿命是已知粒子的10，000倍。在新粒子发现后，同样寿命的相似粒子也很快被发现。它的重要性类似于我们在一个所有人都在一百万岁左右的偏远村庄发现的。这个新粒子的发现证明宇宙中有新的物质。它们是由新夸克组成的。我们称之为J粒子。

J粒子发现的贡献是改变了对物质基本结构的理解。J粒子发现后，人们不再相信只有三个夸克。现在我们知道世界上至少有六个不同的夸克。

因为在诺贝尔奖的历史上从来没有人用中文发表过演讲，所以我决定在颁奖的时候用中文发表演讲。(全场掌声)。1977年，我遇到叶剑英元帅，他给我写了一首诗:“攻打城市不怕困难，攻打书本不怕困难，科学有障碍，苦战可以过去。”我认为这很有意义。

我的第二个经验是对自己有信心，做你认为正确的事情，不害怕困难，不因为大多数人的反对而改变，换句话说，原谅大多数人的错误。

谁传递能量？

一些科学发现是意想不到的收获。

第三个实验是胶子的发现。1977年8月，*先生建议每年派10名科学家来这里工作，这是我与中国科学家合作的开始。现在很多科学家都来和我一起工作，很多人都做出了重要贡献，比如唐院士、院士和郑志鹏院士。20世纪70年代，德国加速器PETRA是一个300亿电子伏的电子质子对撞机。我的实验是继续测量电子半径，但我意外地发现了胶子。

什么是胶水？找到胶子有什么意义？我们知道原子外有电子，原子核内有粒子，粒子内有夸克。宇宙中有三种力量。一个是1612年发现的重力。到目前为止，没有人知道重力是如何传递的。电磁力我们知道有光的传输，弱力是这两个(W，Z0)粒子的传输，强力是由胶子传输的，换句话说，夸克中间的力是由胶子传输的。夸克和胶子是否存在对物理学和物理学家来说非常重要。你是怎么发现的？当电子与正电子碰撞时，会产生夸克、反夸克和胶子。当反夸克、夸克和胶子出现时，它们变成三股喷流，所以当你发现粒子和胶子的喷流时，胶子就存在了。

1979年9月，美国《纽约时报》第一次用整版报道了饺子的发现。27名中国科学家参加了这次重要的实验，这是国际粒子合作研究项目史上的第一次，也是中国的一大贡献。《人民日报》也报道了饺子的发现。

[情绪]我的第三个经验是，科学很难推测，应该对意想不到的现象做好充分准备。

宇宙中有多少不同的电子？

国际科学合作应选择最重要的话题

第四个实验是欧洲核子研究中心的L3实验。这个实验从1982年持续到2003年。如前所述，宇宙中最基本的东西是电子和夸克。这个实验解决的问题是宇宙中有多少种不同的电子，电子是否能被分成更小的粒子，然后是夸克有多大，夸克是否能被分成更小的粒子。

每个人都听说宇宙来自大爆炸。我们实验的目的是创造宇宙开始时的情况。这是一个相对较大的实验。所用的磁铁是10，000吨，内含300吨铀，全部来自前苏联。这次实验是第一次大规模的国际合作，有来自包括美国、苏联、中国和欧洲在内的19个国家的600多名科学家参加。中国*也大力支持这项实验，包括当时赠送一台非常先进的电脑，以及在上海用硅酸盐生产BGO水晶。BGO和不锈钢一样，只是它是透明的。当时，年产量为4公斤。不幸的是，我们需要12吨。我们做什么呢许多人认为这是不可思议的。结果，上海的科学研究所成功了。现在它们的晶体已经广泛应用于工业和医药领域。

这项实验在20多年里发表了300多篇文章，300多人获得了博士学位。主要结果可以用三句话来表达:第一句话是宇宙中只有三个不同的电子；第二句是电子没有体积，半径小于10-17厘米。当我开始实验时，我证明它小于10-14厘米。30年后，我还是找不到它的半径。在第三句中，夸克也没有体积，它们的半径小于10-17厘米。我们每天都用电，但我们仍然不知道电子有多大。

我的第四个经验是关于国际科学合作。如何组织和领导国际科学合作？最重要的是选择科学中最重要的课题，这可以激发参与国科学家的最大兴趣。做出巨大贡献的科学家应该得到优先承认，这样他们才能得到国际承认。只有这样，它们才能得到参与国*的长期优先支持。

寻找反物质和暗物质

科学往往是多数服从少数。

第五个实验是去年九月和你们讨论的国际空间站上的AMS实验。AMS是阿尔法磁谱仪的简称。如前所述，国际空间站是夜空中除了月亮和星星以外最亮的星星。国际空间站长109米，宽80米，重420吨，耗资1000亿美元。AMS实验是国际空间站上唯一的实验，也是第一个被送入太空的磁谱仪。AMS实验的目的是寻找反物质组成的物质、暗物质和宇宙射线的来源，这对人类理解宇宙的形成机制具有重要意义。

这次实验也是美国、中国(包括*)、俄罗斯、芬兰、法国、德国、意大利、瑞士等国家之间的一次大规模国际空间合作，有60所大学和600名科学家参加。

因为没有人相信它，美国宇航局告诉我，在你把它放在空间站之前，你把实验放在航天飞机上10天，看看它是否对太空飞行有任何影响。该磁铁由中国科学院电气工程研究所和太空部第一研究所制造。结果是，飞机在登机后非常成功。因此，1998年10月29日《科技日报》称，阿尔法磁谱仪第一次正常运行，也就是说，经过多年的努力，终于成功了。实验结束后，我很荣幸参加东南大学100周年校庆，并与时任校长顾签署AMS-02合作协议。东南大学对此实验做出了非常重要的贡献。第一个贡献是东南大学建立了AMS-C实验系统。第二个贡献是东南大学建立了AMS-02反物质探测系统，更重要的是AMS-02数据分析和处理中心。

AMS是一个非常困难的实验。2005年，在美国航天飞机事故后，美国宇航局决定取消空间站的所有科学实验。当时，许多人认为，尤其是美国宇航局，我应该同意他们的决定。我说你的决定是错误的。能源部也不同意，因为AMS实验非常重要。因此，2008年，美国参议院和众议院通过法律，要求美国*在医疗辅助队中增加一架航天飞机。这是自美国建国以来，两院首次联手进行科学实验。

2011年5月16日，美国奋进号航天飞机从佛罗里达州肯尼迪航天中心发射升空，将阿尔法磁谱仪2 (AMS-02)送入国际空间站。这一次，空间站将载人20年。由于这个原因，我们用一个永久磁铁代替了原来的超导磁铁。这块永久磁铁是由中国科学家制造的。这台磁谱仪太大，装不进波音747。幸运的是，美国空军的首席科学家是物理学专业的。学物理的人都知道我是谁，所以他借给我们美国最大的飞机C5，它有五层楼高，把磁谱仪运送到发射中心。美国空军航空运输总部认为帮助我们做这个实验是一个很大的荣誉，所以他们也有一个AMS展览。

5月19日下午5: 15，实验仪器安装完毕。之后，我们花了4个小时测试实验，没有发现错误，然后开始收集数据。之后，美国宇航局安排我和天上的宇航员交谈。我清楚地记得我说的第一句话是:“你为什么颠倒了？”他说，“你是那个低着头的人！”

从去年5月19日到现在，已经收集了170亿条宇宙射线数据，比过去100年收集的宇宙射线总和还要多。在接下来的20年里，可以收集3000亿个数据，并且可以探测到宇宙边缘信号。东南大学的AMS-SOC目前正在承担170亿次数据分析的重要任务，特别感谢校长、罗校长和主任的支持。

宇宙是最广阔的实验室，宇宙中的反物质和暗物质等话题是现代物理学中最基本的问题。AMS实验是唯一在太空进行的大规模科学实验，其最重要的目标是探测未知，发现自然界中存在的我们无法想象也从未发现的现象。

[情绪]我的第五个经验是，科学是多数服从少数。只有当少数人推翻了多数人的概念，科学才能前进。自然科学研究是竞争性的，在科学研究中只有第一名，没有第二名。