諾貝爾物理學獎得主丁肇中：如何測量電子大小？在宇宙射線中發現了甚麼？

- 丁教授，您因為發現J/ψ粒子而獲得諾貝爾獎。大家認為，J/ψ粒子是粒子物理標準模型的成分。近年來，科學家做了很多實驗，力圖找到標準模型的偏差，但暫時還沒有成功。您認為，將來能找到這些偏差嗎？

— 如果實驗只是要證實標準模型的正確性，那麼這將是巨大的不幸，因為物理學進步的根基在於那些為挑戰理論做的實驗，而不是為證實理論做的實驗。
您提到了我1976年獲得諾貝爾獎的原因。在此之前，標準模型確認存在3種誇克--u、d、s，而且所有人都相信，因為這讓大家能夠很好得解釋所有已知物理現象。
1972年，我曾提出一個問題：為甚麼只有3種誇克？並決定通過實驗來尋找新粒子，但我的想法沒有獲得理論物理學家的支持。

兩年後，我發現了新粒子，後來又發現了整個J粒子家族，而且其壽命是之前已知粒子的1萬倍。這一髮現改變了科學家的觀念，我也因此獲得了諾貝爾獎。
現在，標準模型有6種誇克。當然，用它可以解釋所有現存現象，而且到目前為止，實驗還未發現矛盾之處。但這不意味著，標準模型就是對的。可能再過100年，會有更大的加速器，也會找到標準模型的偏差。

- 除發現J/ψ粒子外，您認為您在科學領域還取得了哪些主要成績？

— 我做了幾個實驗，第一個是測量電子大小。

之後，我做了另一個有趣的實驗。您知道，光波沒有質量。但有三種粒子質量為10億電子伏特，大小與質子相當，它們的自旋及其他量子數與光子完全一致。與光子不同的是，它們並非零質量，其質量與質子接近。

這就出現了一個問題：光子能否轉為這些粒子，而這些粒子又能否轉為光子？質量應該不重要。這個實驗很難。而我成功地證明，是的，光子偶爾有可能轉為有質量的粒子，可能性為百萬分之一。

還有一個有意思的事情，我們是與俄羅斯科學院理論物理和實驗物理研究所以及庫爾恰托夫研究所的專家一起做的。我們用20年的時間在歐洲核子研究中心（CERN）開展實驗，使1000億電子伏特的電子和1000億電子伏特的正電子對撞，產生的光帶有的能量大約為數十億電子伏特，明亮刺眼，溫度很高。

20年後我們得出結論，電子、μ子和τ子是半徑小於10－16釐米的點粒子：電子，通過導體從外部進入；μ介子，從太空而來（是電子重量的200倍）；τ子，存在於核中，（是電子重量的 4000 倍）。

而且電子沒有體積。我用相當長一段時間都在研究電子體積，結果無法確定它到底有多小。

-您在會上介紹了在國際空間站開展的AMS實驗取得的成果，此項研究的目的是甚麼？

— 存在兩種宇宙射線。第一種射線為光波和中微子，不帶質量，近百年來已對這種射線進行了詳盡的研究。第二種射線為帶電粒子：電子、正電子、質子、反質子…… 它們具有怎樣的特性？我們至今都沒有答案。

事實上，我們生活在1千米厚的大氣層下，來自太空的帶電粒子被大氣層吸收或散射，所以我們無法確定他們的來源或性質。

要做到這一點，需要到太空去。由於一些粒子帶正電，另一些帶負電，為了區分它們，我們要使用磁體，使其在磁場中分離。

將強大的磁體送入太空是一項艱巨的任務。如果將磁體放入火箭或國際空間站，可能導致它們失控。但我們的俄羅斯朋友找到瞭解決方案，所以太空中才出現了磁譜儀。

AMS實驗在國際空間站已經開展了7年，只要空間站還在就會一直進行下去。

- 您通過這個實驗瞭解到了甚麼？

首先，正電子的表現異常地取決於所攜帶的能量。宇宙射線在星際空間發生碰撞產生低能正電子，高能正電子可能源自脈衝星或暗物質。我們共觀察到200萬個事件，對上述結論未產生任何質疑。

第三，我們測量了初級宇宙射線中的重核，也就是宇宙空間站AMS探測器記錄到的由輻射源直接發出且未與其他物質發生相互作用的射線。

我們研究了由氦、氧和碳組成的初級宇宙射線，發現，儘管核質量不同，但對於這些核而言，通量對單位電荷脈衝，即磁剛度，的依賴性卻完全相同。

我們還發現，初級宇宙射線與其他物質發生相互作用產生的次級宇宙射線由鋰、鈹、硼組成，對磁剛度的依賴性完全是另一種。

- 您領導著一個由世界各地500多名物理學家組成的團隊，您必須與俄羅斯科學家合作嗎？現在您出席會議與您的計劃有關嗎？

— 我已經是第二次來到MEPhI了。這個學校的研究人員非常棒，他們之前參加過重要的國際實驗PAMELA（https://space.mephi.ru/project/pamela.htm），並對該項目的成功做出重要貢獻。現在開展的AMS實現精確度要高得多，我想邀請MEPhI的科學家繼續與我們合作。

總的來說，俄羅斯科學家為粒子物理學和高能物理學的發展做出了巨大貢獻。

- 能否認為參加這種大型科研團隊對研究人士而言是最具前景的工作方法？

— 我認為，出現這種現象是因為我們不夠聰明。當然，最好是自己搞研究，這樣就不用和誰去爭去辯……

我剛踏上高能物理這條路時，團隊裡只有4個人，如今已經幾百人了。我常常思考這個問題，進入一個千人團隊對年輕科學家到底有沒有意義。

- 現在基礎物理學面臨的主要問題是甚麼？甚麼時候可以解決？

— 曾做這種預測的人往往後來都後悔了。我只想說，上世紀30年代，日本物理學家湯川秀樹曾預言存在介子和強核力。1949年戰爭一結束，他便獲得了諾貝爾物理學獎。此後，許多物理學家開始研究這方面的東西，認為問題很快能夠解決，但那只是一個開始。