J粒子的發(fā)現(xiàn)者——高能實(shí)驗(yàn)物理學(xué)巨匠丁肇中（上）

美籍華裔高能實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家丁肇中因1974年發(fā)現(xiàn)J粒子而分享1976年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，成為繼李政道和楊振寧榮獲1957年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)之后的第三位華裔諾獎(jiǎng)得主。2024年1月27日，恰逢丁肇中先生88歲誕辰，北京陽光媒體集團(tuán)出品的《楊瀾對(duì)話》第一期節(jié)目對(duì)話的主人公恰是丁肇中，對(duì)話內(nèi)容豐富，形式活潑，饒有趣味，從當(dāng)事人口述中可獲取一些有價(jià)值的一手信息。借此丁肇中先生米壽華誕暨發(fā)現(xiàn)J粒子50周年之際，特撰此文，以示熱烈恭賀和永久紀(jì)念。

日照丁氏家族

日照丁氏家族是明清時(shí)期山東著名的科宦家族，素以“尚文崇教”而著稱，其族訓(xùn)是“詩書濟(jì)世，忠厚傳家”。丁氏家族科舉鼎盛，文化繁盛，生意興隆，人才輩出，位居日照五大家族（丁、牟、秦、安、李）之首，門第顯赫，可謂是山東名門望族之翹楚。日照丁氏家族遠(yuǎn)祖肇始于元末明初隨軍征戰(zhàn)由武昌遷入淮安府海寧州東海（今江蘇連云港市東海縣）的丁興，始遷祖丁順明初由海寧州東海遷居日照城南劉家寨迤東二里許的丁家莊，二世丁堯（一世丁良儒之子。始遷祖和一世之間，通常認(rèn)為名諱失考者有兩世）再遷至今日照市東港區(qū)濤雒鎮(zhèn)濤雒二村（原名南門里村）定居，經(jīng)世代繁衍延綿至揚(yáng)名海內(nèi)外的科學(xué)巨匠丁肇中，他在日照丁氏家族世系中歸屬于老四支長房三支十六世孫。

日照丁氏家族十二世孫、丁肇中的高祖父丁健五（字象乾，1819—1870）共育4子：丁惟琨、丁惟瑎（原名惟璧，字云石，1852—1910）、丁惟珂（字佩亭，1858—1895）、丁惟璨。濤雒鎮(zhèn)“五宅”是丁健五成家后的堂號(hào)（宅號(hào)），其四子堂號(hào)依次是慎德堂、種德堂（又作仲德堂，始建于1898年）、古梅軒和花山天井。同生堂是丁健五始創(chuàng)并曾享譽(yù)全國的茶莊總商號(hào)。曠視山房（簡(jiǎn)稱山房，別稱觀瀾堂）是十世孫、洋務(wù)運(yùn)動(dòng)時(shí)中國軍火工業(yè)先驅(qū)丁守存（字心齋，1812—1883）的堂號(hào)。網(wǎng)傳1930年秋丁觀海在國立青島大學(xué)（1932年9月更名為國立山東大學(xué)）學(xué)籍注冊(cè)信息中曾自填出生地為“濤雒鎮(zhèn)欲仁堂”，它相當(dāng)于現(xiàn)在的門牌號(hào)。十三世孫丁惟汾（字鼎丞，1874—1954）是濤雒鎮(zhèn)丁家官莊村人，系中國同盟會(huì)創(chuàng)始人之一。國民黨元老丁惟汾和廖仲愷（1877—1925）并稱為孫中山的“左膀右臂”，民國時(shí)流傳著“蔣家天下丁家黨”之說。丁惟汾是革命黨人、辛亥革命烈士王以成（字簫九，1877—1912，祖籍今煙臺(tái)海陽市盤石店鎮(zhèn)）的摯友，因王以成早年?duì)奚∥┓谒焓掌渑蹼h英（別號(hào)崆峒筱俠，1908—1960）為義女，頗為關(guān)愛。

丁惟珂共育4子：丁履晉、丁履升、丁履震、丁履巽（字繹言，1887—1923）。因擅長中醫(yī)的丁惟瑎無嗣，丁履震（亦無嗣）和丁履巽便被過繼給他當(dāng)嗣子。丁肇中的祖父丁履巽共育2子4女：丁硯海（字鑒宏，生年不詳，1967年卒于濟(jì)南）、丁觀海（1911—1991）；丁絳原、丁侃（丁蒨原）、丁丹（丁素原）、丁繪原。顯然，在丁氏家族中，丁觀海的輩分比王雋英要低一輩。1984年10月4日，鄧小平撥冗專門會(huì)見并設(shè)午宴款待受邀專程回京參加35周年國慶盛典的丁觀海和丁肇中父子。

丁健五父子相聚而居，逐步形成建筑群落，這便是濤雒鎮(zhèn)丁氏祖居地庭院的源頭。由于歷史上的種種原因，丁氏祖居曾損毀嚴(yán)重。2002年11月9日，丁肇中祖居修復(fù)工程舉行奠基儀式。2004年12月2日，以種德堂為主體的一期工程正式對(duì)外開放，內(nèi)設(shè)丁肇中科技展館。2009年12月15日和2022年1月14日，丁肇中祖居分別被列為日照市市級(jí)文物保護(hù)單位和山東省第6批省級(jí)文物保護(hù)單位。

1985年6月28日，丁肇中偕新婚夫人蘇珊回到已闊別47年之久的故鄉(xiāng)濤雒鎮(zhèn)尋根省親。2018年10月1日，丁肇中夫婦參加日照市科技館主體竣工活動(dòng)是最近一次返鄉(xiāng)。有據(jù)可查，丁肇中至少已8次單獨(dú)或率親友回到故鄉(xiāng)日照探親訪友、祭祖或開展學(xué)術(shù)交流與合作。1994年10月23日，丁肇中專程到母親故里海陽探訪，了解王氏家族淵源和人文歷史。2005年6月19日，丁肇中第3次返鄉(xiāng)時(shí)偕妻帶子在日照探訪后再順訪海陽。

丁肇中簡(jiǎn)略生平

1929年秋，丁觀海和王雋英同時(shí)考入私立光華大學(xué)（上海），同鄉(xiāng)人在校園邂逅初識(shí)，格外親切，1933年二人在上海訂婚。1930年秋，丁觀海從光華大學(xué)物理學(xué)系轉(zhuǎn)學(xué)到鐵道部交通大學(xué)上海本部（1937年8月更名為國立交通大學(xué)，今上海交通大學(xué)）土木工程學(xué)院，1934年夏獲該大學(xué)市政門工學(xué)學(xué)士學(xué)位。（經(jīng)考證，所謂丁觀海1934年6月畢業(yè)于國立山東大學(xué)中國文學(xué)系的說法應(yīng)有誤。）1934年8月14日至29日，丁觀海乘坐“胡佛總統(tǒng)號(hào)”海輪從上海到達(dá)舊金山。1933年夏，王雋英獲光華大學(xué)教育門文學(xué)學(xué)士學(xué)位，同年秋考入北平（今北京）燕京大學(xué)研究院。1935年1月19日至2月5日，王雋英乘坐“塔夫脫總統(tǒng)號(hào)”海輪從上海到達(dá)舊金山。丁、王二人同入美國密歇根大學(xué)深造。1935年春，丁觀海和王雋英在密歇根大學(xué)所在地——密歇根州沃什特諾縣縣治安娜堡（又譯為安阿伯，Ann Arbor）——喜結(jié)良緣。同年冬，丁觀海獲密歇根大學(xué)土木工程學(xué)和彈性力學(xué)文學(xué)碩士學(xué)位，王雋英獲兒童心理學(xué)和教育心理學(xué)文學(xué)碩士學(xué)位。夫婦倆原想把小孩生在祖國，但考慮到王雋英身孕已重，臨盆在即，不宜長途航行，故丁觀海只好于1935年底先期回國赴任焦作工學(xué)院（今河南理工大學(xué)）教授。王雋英早產(chǎn)約2個(gè)月，1936年1月27日（農(nóng)歷正月初四），丁肇中出生于密歇根大學(xué)醫(yī)院產(chǎn)房，因生于美國而自動(dòng)獲得美國國籍。丁肇中下有胞弟丁肇華（1937年9月3日生于蕪湖）和胞妹丁肇民（1939年3月27日生于重慶）。

1936年4月初，襁褓中的丁肇中由母親攜帶啟程離美，遠(yuǎn)渡重洋回到祖國與父親團(tuán)聚。戰(zhàn)亂中的中國，社會(huì)動(dòng)蕩不安，生活十分艱難，丁肇中主要由外祖母撫養(yǎng)帶大，隨家人過著顛沛流離的流亡逃難生活，主要生活軌跡（途經(jīng)短暫停留的地點(diǎn)未計(jì)）是焦作→日照→青島→日照→南京→蕪湖→合肥→日照→漢口→宜昌→萬縣（今萬州）→重慶→南京→青島→南京。丁母王雋英是20世紀(jì)40年代中后期民國政壇的熱點(diǎn)新聞人物，她容貌俊俏，打扮洋氣，知性優(yōu)雅，氣質(zhì)高貴，善于交際，業(yè)余喜好運(yùn)動(dòng)（曾是光華大學(xué)女籃校隊(duì)隊(duì)員）并愛好彈奏鋼琴，其社會(huì)活動(dòng)和逸聞趣事常登上當(dāng)時(shí)的報(bào)刊。1949年春節(jié)（1949.01.29）來臨前，王雋英攜母親遲瑞香（1879—1958）和3個(gè)子女赴臺(tái)，“太平輪沉沒事件”（1949.01.27）發(fā)生后不久，丁觀海亦抵臺(tái)與家人團(tuán)聚。丁觀海曾師從現(xiàn)代工程力學(xué)之父和應(yīng)用力學(xué)之父、美國籍烏克蘭裔力學(xué)大師鐵木辛柯（Stephen Timoshenko，1936年入美國籍），抵臺(tái)后先在臺(tái)南市的臺(tái)灣省立工學(xué)院（今臺(tái)灣成功大學(xué)）任教一年，1950年2月至1981年8月任臺(tái)灣大學(xué)工學(xué)院土木工程學(xué)系教授，他學(xué)養(yǎng)精深，教學(xué)水平很高，深受學(xué)生喜愛。丁家一直住在臺(tái)北市大安區(qū)泰順街33巷4號(hào)，2007年該住宅被列入歷史建筑加以保護(hù)。

丁父是工程學(xué)教授，丁母是心理學(xué)教授（在四川省立教育學(xué)院講授《普通心理學(xué)》），他們深諳教育之真諦和少年兒童成長的心理與規(guī)律，言傳身教，躬身實(shí)踐，教子有方。丁家子女在開明的中國傳統(tǒng)知識(shí)分子書香門第家中長大，深受家庭濃厚學(xué)術(shù)氛圍的熏陶，耳濡目染，加之長輩們的正確引導(dǎo)，日后均成為社會(huì)的棟梁之才。1960年12月3日（即丁肇中初婚婚禮后10天），王雋英因直腸癌病逝于紐約，其臨終遺言是“愛祖國，愛科學(xué)，雙愛雙榮”。1991年2月19日，丁觀海因肺癌病逝于臺(tái)北。

丁肇中的主要學(xué)習(xí)經(jīng)歷：幼時(shí)因戰(zhàn)亂和頻繁遷居，抵臺(tái)前沒有接受過系統(tǒng)的正規(guī)教育，主要靠在家里接受父母的啟蒙教育。1949年春在臺(tái)中縣豐原大同小學(xué)重讀六年級(jí)，1950年春升入臺(tái)北市成功中學(xué)念初中，同年秋轉(zhuǎn)學(xué)到建國中學(xué)念初中（按成績(jī)優(yōu)劣分在初二甲班）和高中，理科成績(jī)優(yōu)秀，獲“丁大頭”或“大頭丁”之綽號(hào)。高中階段對(duì)中國歷史最感興趣，其次才是物理、數(shù)學(xué)和化學(xué)。1955年夏放棄保送資格參加聯(lián)考，因英語和語文成績(jī)拖后腿還是不情愿地考入臺(tái)灣省立工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)系。1956年9月6日懷揣100美元與受美國國務(wù)院邀請(qǐng)?jiān)L美的母親一同飛抵底特律維羅朗機(jī)場(chǎng)，赴美深造。丁肇中的雙親特委托自己的朋友、密歇根大學(xué)工學(xué)院院長喬治·布朗（George Granger Brown）予以關(guān)照，丁肇中被安排住在布朗家中。丁肇中獲全額獎(jiǎng)學(xué)金就讀于密歇根大學(xué)工學(xué)院工程學(xué)系，一年后轉(zhuǎn)學(xué)到理學(xué)院物理學(xué)系，1959年夏獲工程物理學(xué)和工程數(shù)學(xué)雙學(xué)士學(xué)位，1960年夏獲該大學(xué)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)理學(xué)碩士學(xué)位，1962年底再獲該大學(xué)實(shí)驗(yàn)核物理學(xué)哲學(xué)博士學(xué)位。博士學(xué)位論文是《高能介子和質(zhì)子相互作用的研究》（A Investigation of Pion-Proton Interactions at High Energies），其碩導(dǎo)和博導(dǎo)都是馬丁·佩爾（Martin Perl，1995年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主，后來師生交惡）和勞倫斯·瓊斯（Lawrence William Jones）。

丁肇中的主要職業(yè)履歷：1963年4月參加哥倫比亞大學(xué)（此地離丁母墓地不遠(yuǎn)，便于憑吊）物理學(xué)系講師應(yīng)聘面試時(shí)首次見到李政道并求職成功，1964年3月底受福特基金會(huì)資助赴日內(nèi)瓦歐洲核子研究中心（CERN，1954.09.29）進(jìn)行博士后研究，與仰慕已久的良師益友科科尼（Giuseppe Cocconi）共同使用28 GeV的質(zhì)子同步加速器做實(shí)驗(yàn)，獲益良多。1965年春回到哥大續(xù)任物理學(xué)系講師、助理教授（1966年晉升）至1967年。1965年10月赴漢堡德國電子同步加速器中心（DESY，1959.12.18）任實(shí)驗(yàn)小組主管至1969年。經(jīng)麻省理工學(xué)院（MIT）物理學(xué)系系主任韋斯科普夫（Victor Weisskopf）游說并許諾優(yōu)厚條件和待遇，1967年轉(zhuǎn)任MIT實(shí)驗(yàn)物理學(xué)副教授、教授（1969年晉升），1977年被聘為MIT首位物理學(xué)托馬斯·卡伯特（Thomas Dudley Cabot）院級(jí)教授這一最高教職職銜。丁肇中曾是MIT唯一沒有授課任務(wù)的長聘教授，通常也不參加大學(xué)的會(huì)議，連教授會(huì)都極少參加，只管專心致志地做實(shí)驗(yàn)。因晚年主持領(lǐng)導(dǎo)AMS實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)每天仍處在工作中，耄耋之年的丁肇中至今尚未退休。

在丁肇中的職業(yè)生涯中，除在DESY工作以外，他還在CERN工作過很長一段時(shí)間，參與在大型正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)LEP（1989年7月14日投入運(yùn)行，圓形隧道周長達(dá)27千米，LEP-II最高能量達(dá)209 GeV，2000年11月2日關(guān)閉停運(yùn)，稍后拆除進(jìn)行升級(jí)改造）上進(jìn)行的4個(gè)國際合作實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：1989—2003年進(jìn)行的L3實(shí)驗(yàn)以及1996—2007年進(jìn)行的ALEPH實(shí)驗(yàn)、OPAL實(shí)驗(yàn)和DELPHI實(shí)驗(yàn)。丁肇中領(lǐng)銜的L3實(shí)驗(yàn)在這4個(gè)實(shí)驗(yàn)中規(guī)模最大、歷時(shí)最長、任務(wù)最重且耗資最多，主要物理目標(biāo)是系統(tǒng)地研究Z0粒子的特性以及尋找新粒子和發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象。因LEP運(yùn)行時(shí)可產(chǎn)生大量Z0粒子，故習(xí)稱“Z0工廠”。LEP的升級(jí)改造版大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）于2008年9月10日投入運(yùn)行，最高能量高達(dá)2x7 TeV。因LHC運(yùn)行時(shí)可產(chǎn)生大量t夸克，故習(xí)稱“T工廠”。

丁肇中的婚姻與家庭

密歇根大學(xué)有一個(gè)老傳統(tǒng)，每當(dāng)學(xué)年結(jié)束時(shí)，校長會(huì)從全校各系挑選出若干優(yōu)秀學(xué)生，為他們專門舉辦一次晚宴聚會(huì)。1959年夏，丁肇中正是在這樣的晚宴聚會(huì)中初識(shí)美國籍德國裔女孩凱伊（Kay Louise Kuhne，生于1940年），她是建筑系大三本科生，比丁肇中晚一屆。二人相識(shí)、相知、相愛后迅速墜入愛河，征得雙方家長同意后，1960年11月23日，丁肇中和凱伊在安娜堡密歇根大學(xué)附近一所基督教教堂舉行婚禮，婚后育2女：長女丁明雋（Jeanne，生于1964年），從事生物學(xué)方面的科學(xué)教育和管理工作；次女丁明美（Amy，生于1966年），從事考古學(xué)研究。因丁肇中常年在西歐忙碌而造成夫妻長期分居兩地，在L3實(shí)驗(yàn)開始醞釀的1982年前后，凱伊無奈提出分手，稍后經(jīng)雙方友好協(xié)商協(xié)議離婚。1988年12月，建筑設(shè)計(jì)師凱伊再婚。

1985年4月28日，丁肇中和美國籍愛爾蘭裔女士蘇珊（Susan Carol Marks，生于1953年前后）在波士頓北部石港鎮(zhèn)（Rockport）一所基督教教堂舉行婚禮。1975年，蘇珊從波士頓大學(xué)心理學(xué)碩士畢業(yè)后來到MIT工作，1978年冬開始擔(dān)任丁肇中的行政秘書，后獲MIT心理學(xué)哲學(xué)博士學(xué)位?；楹笥?dú)子：丁明童（Christopher，生于1986年），美國首都華盛頓的知名律師。

粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型

人類已知自然界存在的4種相互作用（按作用力強(qiáng)弱排序）是強(qiáng)相互作用、電磁相互作用、弱相互作用和引力相互作用。粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型（SMPP）肇始于20世紀(jì)60年代末并逐漸發(fā)展完善為現(xiàn)代物理學(xué)迄今最為成功的理論之一，它可用于精確描述從微觀到宏觀除引力以外的一切物理現(xiàn)象，完美闡釋已知基本粒子及其相互作用，深刻改變了人類對(duì)物質(zhì)和宇宙的理解與認(rèn)知。

標(biāo)準(zhǔn)模型理論框架中包含兩類基本粒子：一類是作為物質(zhì)基本組成的費(fèi)米子，另一類則是傳遞相互作用的玻色子。標(biāo)準(zhǔn)模型中包含著61種（不含尚未發(fā)現(xiàn)的引力子）基本粒子。強(qiáng)子是復(fù)合粒子，包括介子（由1個(gè)夸克和1個(gè)反夸克組成）和重子（由3個(gè)夸克或3個(gè)反夸克組成）兩大類，重子又分為質(zhì)子、中子和超子三類。漸近自由和夸克禁閉理論認(rèn)為不存在自由夸克。規(guī)范玻色子是指參與相互作用的4類媒介粒子，共有13種：膠子（gluon）有8種；光子γ；W+，W-，Z0；引力子g。量子電動(dòng)力學(xué)（QED）、量子色動(dòng)力學(xué)（QCD）和量子味動(dòng)力學(xué)（QFD）分別用于描述電磁相互作用、強(qiáng)相互作用和電弱統(tǒng)一理論。1954年楊振寧和羅伯特 · 米爾斯（Robert Mills）發(fā)現(xiàn)的定域規(guī)范場(chǎng)論是標(biāo)準(zhǔn)模型的重要基石?？茖W(xué)家追求的終極目標(biāo)是把4種相互作用都統(tǒng)一起來，力圖建立起理論物理學(xué)的圣杯——萬有理論（即萬物理論，ToE）。

2012年7月4日，CERN主任霍耶爾（Rolf-Dieter Heuer）在日內(nèi)瓦CERN主禮堂宣布，ATLAS和CMS兩個(gè)合作組通過在LHC上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了被稱為“上帝粒子”的希格斯玻色子。2013年10月8日，1964年率先從理論上提出希格斯機(jī)制（現(xiàn)通稱EBH機(jī)制）的恩格勒特（Fran?ois Englert）和希格斯（Peter Higgs）得以迅即斬獲當(dāng)年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。希格斯玻色子的發(fā)現(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)模型補(bǔ)齊了“最后一塊拼圖”，這是高能物理學(xué)（即粒子物理學(xué)）發(fā)展史上具有劃時(shí)代意義的重大事件。希格斯粒子在標(biāo)準(zhǔn)模型中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，它通過神秘的自發(fā)對(duì)稱性破缺（SSB）機(jī)制賦予基本粒子質(zhì)量，與高深莫測(cè)的量子真空息息相關(guān)，也被認(rèn)為在宇宙演化的極早期起過重要作用。

本文作者朱安遠(yuǎn)是北京金自天正智能控制股份有限公司高級(jí)工程師，諾獎(jiǎng)研究者