李政道、丁肇中在“趙忠堯先生誕辰120週年紀念大會”上的講話

來源：墨子沙龍

爲了紀念趙忠堯先生誕辰120週年，傳承科技報國、立德樹人的老一輩科學家精神，中國科學技術大學於2022年6月27日成功舉辦了紀念趙忠堯先生誕辰120週年學術研討會。

爲了讓大家更好地感受趙先生的卓越學術貢獻和潛心研究、樸素無華的科學家精神，下面，墨子沙龍選取了著名物理學家丁肇中先生、李政道先生在紀念大會上的講話。

李政道

在趙忠堯誕辰120週年紀念大會上的發言

（其子李中清教授代讀）

今天中國科學技術大學隆重舉辦“紀念趙忠堯先生誕辰120週年學術研討會”，我很高興參會發言，和大家一起共同緬懷趙老師爲近代物理學的發展、爲新中國科技教育事業所做出的卓越貢獻，更想念他一生爲人正直、忠於科學、潛心研究，樸素無華、實實在在的科學家精神。

趙忠堯老師是中國核物理的開拓者，也是中國近代物理學的先驅者之一。1929年，他在美國加州理工學院從事研究工作，觀察到硬γ射線在鉛中引起的一種特殊輻射，實際上這正是由正負電子湮沒產生的γ射線，所發現的γ的能量恰好是電子的靜止質量（0.5MeV）。趙老師的這一實驗是對正電子質量最早的測量！從實驗所測量的γ能量證明了這是正負電子對的湮滅輻射，也是正電子存在的強有力的證明。這是人類在歷史上第一次觀測到直接由反物質產生和湮沒所造成的現象的物理實驗。

趙老師的實驗，對與他同時在加州理工學院的攻讀博士學位的同學安德遜有很大啓發。兩年多後，安德遜在威爾遜雲霧室中觀測到宇宙線中的反物質——正電子的徑跡，他的實驗正是在趙老師實驗的啓發下完成的，爲此安德遜教授獲得了諾貝爾物理獎。二十多年前，瑞典皇家學會的Ekspong教授告訴我，當時瑞典皇家學會曾鄭重考慮過授予趙老師諾貝爾獎。不幸，有一位在德國工作的物理學家在文獻上報告她的結果和趙老師的觀察不同，提出了疑問。當然，趙老師的實驗和觀察是完全準確的，錯誤的是提出疑問的科學家。可是在（20世紀）30年代初，瑞典皇家學會以謹慎爲主，沒有授予趙老師諾貝爾獎，Ekspong教授和我都覺得趙老師完全應該得諾貝爾物理獎。趙老師本來應該是第一個獲諾貝爾物理獎的中國人，只是由於當時別人的錯誤把趙老師的光榮埋沒了。

半個多世紀後的今天，趙老師在30年代所作的這一重要發現，趙老師的科學功績，已經被越來越多的物理學家認可，核物理學的發展不會忘記它的開拓者。

趙老師當之無愧是中國原子核物理、中子物理、加速器和宇宙線研究的先驅者和奠基人之一。1950年，趙老師衝破重重困難回國，歷經千辛萬苦帶回了一批當時國內尚無條件製備的加速器器材，主持建造了中國第一臺和第二臺質子靜電加速器。並在這兩臺加速器上開始了中國的核反應實驗，將中國核物理研究的能力提升到世界水平。趙老師爲發展祖國核物理和高能物理研究事業、爲培養祖國原子能事業和核物理及高能物理的實驗研究人才奉獻了自己的畢生精力。

趙老師不但在覈物理研究上有很大的成就，而且爲祖國培養了一大批人才。凡是從30年代到20世紀末在國內成長的物理學家，都是經過趙老師的培養，受過趙老師的教育和啓發的，趙老師也是我的物理學的啓蒙老師之一。所以從三強先生等祖國老一輩物理學家到銘漢、光亞和我這一代物理學家都稱呼他“趙老師”，可見，趙老師是名符其實的桃李滿天下。

1958 年中國科學技術大學成立，趙老師根據中國核科學人才的需要，創辦了中國科技大學的第一系：“原子核物理和原子核工程系”，即現在的近代物理系。親任首屆系主任，一任二十年，爲中國原子核物理、中子物理、加速器和宇宙線研究培養了無數優秀人才。

趙老師在自己的回憶文章中說：“回想自己一生，經歷過許多坎坷，唯一希望的就是祖國繁榮昌盛，科學發達。我們已經盡了自己的力量，但國家尚未擺脫貧窮與落後，尚需當今與後世無私的有爲青年再接再厲，繼續努力。”

趙忠堯老師的科學功績、科學精神和崇高品格永存！

丁肇中：

“趙忠堯院士的工作改變了我的實驗”

科大校領導、趙政國院士，感謝你們請我參加趙忠堯院士誕辰120週年學術研討會。趙忠堯院士，於1958年籌建中國科學技術大學近代物理系，兼任系主任。過去40年，我和中國科大有很多的合作，包括很多很多的科學家參加我的工作，他們對我的實驗做出了很重要的貢獻。

趙忠堯院士是最早（1930年）觀測到反物質的存在。1930年，這一重要成果以“硬γ射線的散射”爲題目發表在美國《物理評論》雜誌上。這是因爲，γ射線在通過重金屬鉛後產生正負電子對——電子是物質，正電子是反物質。正負電子產生和湮滅的時候，光通過鉛之後，產生正負電子對。另外一個電子和鉛裏面另外一個原子湮滅變成光。它的很重要的一個結論就是，γ射線通過重金屬鉛後產生額外的散射光。

趙忠堯院士的發現——光可以變成正負電子對，啓發我一系列的實驗。

測量電子半徑

第一個實驗是測量電子半徑（1965年）。

1948年，根據量子電動力學，費曼（Feynman）、施溫格（Schwinger）和朝永振一郎（Tomonaga）提出理論：電子是沒有體積的。這個理論被當時所有的實驗所證明，他們因此獲諾貝爾獎。

但是，到了1964年，哈佛大學和康奈爾大學著名的教授們和多年專門從事這個實驗的專家們，用若干年的時間做了兩個不同的實驗，得到相反的結果——量子電動力學是錯誤，電子是有體積的，電子的半徑是10-（13—14）釐米。他們的結果受到物理學界的認可和重視。

1965年哈佛大學測量電子半徑的實驗，是用美國 MIT和哈佛電子加速器產生的60億電子伏的同步輻射光來產生正負電子對。這是當年實驗的結果。

實驗結果和量子電動力學預測的比值等於1的話，說明量子電動力學是對的。他們的結果超於量子力學的計算，這就表示在10-13釐米以後，就可以測到電子的半徑。這個實驗得到康奈爾電子加速器的獨立證實。這就表明電子的半徑在10-13到10-14釐米之間，也就是說量子電動力學是錯誤。

1967年，我在德國DESY測量正負電子實驗，這個實驗根據趙忠堯院士光產生正負電子對的實驗。每秒鐘入射1000億光子，能量爲60億電子伏。這是磁鐵，這些儀器是測量動量，這些儀器測量速度，這些儀器測量電子能量。

8個月後，我的實驗證明量子電動力學是正確的：電子是沒有體積的，它的半徑是小於10-14釐米。實驗的結果和理論預言完全一致。

光子和重光子系列實驗

第二個實驗是光子和重光子（重光子就是有質量的光子）一系列實驗。

光子和重光子有相同的量子數。光子質量等於0。重光子有ρ→ππ共振態，有ω→πππ共振態，有共振態。它們的質量都在10億電子伏左右。

光和重光子有相同的量子數，不同之處在於光子的質量爲0，因爲能量等於。在高能情況之下，光子和重光子應該可以互相轉化。所以我就做了一系列重光子ρ和ω衰變干涉的實驗。重光子ρ是ππ共振態，ω是πππ共振態，因此重光子ρ和ω衰減不會發生干涉。可是ρ和ω都能變成光子，光子可以衰變成正負電子對。因此ρ和ω衰變應該產生衰變干涉。

這是一個非常困難的實驗，和ππ的分辨率必須達到一億分之一以上，所以以前的實驗都沒有找到過。

後來我設計了一個新的探測器，發現重光子ρ和ω之間是可以互相轉化。這是我們正負電子的數據。這個數據和互相轉化的預測是完全符合的，而不符合 ——無相互轉化時的預測。

同時我們觀察到傳統理論認爲不可能存在的ω→ππ衰變。重光子ρ是ππ共振態，ω是πππ共振態，因此重光子ρ和ω衰減不會發生干涉。可是ω會變成光子，光子再變成ρ，ρ變成ππ，因此ω→ππ衰變是應該存在。

很多人當年討論這些問題，包括獲得諾貝爾獎的格拉肖Glashow和Steinberger。這是一個重要的現象，以前很多人找，都沒有發現過，結果我們發現，用氫靶、用碳靶、用鉛靶，所得到的結果都是符合ρ，ω→ππ，就是說ω→ππ衰變。只有ρ→ππ衰變，是不符合我們實驗數據的。

J粒子實驗

第三個實驗。我們知道光子和重光子性質相同，它們之間可以互相轉化。我的問題是：爲什麼所有的重光子質量都和質子的質量相近（10億電子伏）。爲了尋找更重的重光子，我們決定到質子加速器上做一個最精密的探測器。在美國Brookhaven國家實驗室的J粒子實驗。

J粒子實驗的設計要求說，從100億個已知粒子中找到一個新粒子衰變成。從100億找一個，因此必須每秒鐘輸入100億高能量的質子到探測器上。在這麼多的質子輸入探測器所產生的放射線會徹底破壞探測器，對工作人員也是非常危險的。

因此必須發現全新的、非常精確的，在非常強的放射線下能正常工作的全部儀器，這是當年的實驗的屏蔽設計。

實驗使用了1萬噸的水泥，5噸的鈾，100噸的鉛，和5噸的肥皂。輸入是每秒鐘100億質子，能量到300億電子伏。

這是當年的J粒子磁譜儀。

在J粒子實驗中，研發了很多的新儀器，包括特別精密的多絲正比室，常年展於美國華盛頓的國家科技館。

1974年，我們發現了J粒子，它具有奇異的特性：它的壽命比已知的粒子長1萬倍。新粒子發現後，很快，同樣壽命的類似的粒子也都被發現。它的重要性，類似於我們發現一個偏僻村子裏面所有的人都是100萬歲左右。這就表示這個村子裏的人和普通人是完全不一樣的。

這種新粒子的發現，證明宇宙中有新的物質存在，它們由新的夸克組成，我們把它命名爲J粒子。J粒子的發現，改變了物理界長期認爲“世界上只有三種夸克”的觀念，改革了我們對物質基本結構的認識。

繼J粒子發現之後，新的粒子又繼續被找到。現在我們知道，至少存在6種不同的夸克。

發現膠子

再繼續以前光變成正負電子而做一個實驗，第四個實驗：發現膠子的實驗。這是在20世紀70年代，德國PETRA的300億電子伏對撞機上所做的。正電子、負電子對撞以後，到底有什麼現象？

“文革”後，1977年8月，鄧小平建議每年派10位科學家參加我的工作。從那時候到現在，有許多中國科學家參加我的團隊，並且作出了世界公認的貢獻。

下圖是1978年第一批中國科學家，包括高能所的唐孝威院士、鄭志鵬所長，科大的許諮宗教授和楊保忠教授等，到德國正負電子對撞機上的Mark-J工作。

上圖是20世紀70年代德國PETRA實驗，有300億電子伏的對撞機。1979年，趙忠堯院士及科學院領導訪問Mark-J實驗，下方照片中有趙忠堯院士，以及楊保忠、鄭志鵬、唐孝威、陳和生、許諮宗。

中國科大和我合作的重要貢獻之一就是發現膠子。宇宙中有三種力。一種是引力，引力的來源、傳輸，我們並不瞭解。電弱力，由光、、子傳輸。強力在原子核裏把夸克綁在一起，由膠子傳輸，這是一個比較重要的發現。

這是1979年9月2號美國《紐約時報》報道我們發現膠子的消息。

這中間有特別一段說，27名中國科學家參加了這次實驗，在有關核粒子的國際合作研究史上，這是第一次中國的一個大貢獻。

當年的《人民日報》也報道了發現膠子的事情。

歐洲核子中心的L3實驗

繼續以前光變成正負電子的實驗，我的第五個實驗是在歐洲核子中心的L3實驗，是用1000億電子伏的正電子和1000億電子伏的電子相撞。對撞時溫度是太陽表面溫度的4000億倍，也是宇宙誕生最初（1000億億分之一秒時）的溫度。這是首次美國、蘇聯、中國、歐洲等19個國家和600名科學家共同參加的大型國際合作，科大在裏面作了很重要的貢獻。

這是L3實驗，磁鐵重1萬噸，探測器中有300噸鈾，都是在蘇聯做的。中國的主要貢獻包括精密儀器：上海的硅酸鹽所研發的BGO晶體。BGO是透明的，其密度和鋼相同。當時世界年產量只有4公斤，而我們需要12噸。

現在他們（指硅酸鹽所）的晶體產品已被廣泛應用於工業及醫學領域。數據分析，中國科大的韓榮典、馬文淦、陳宏芳、宮竹芳、周冰、錢劍明、戴鐵生等，和中國科學院高能所的陳和生、王貽芳、陳剛、陳國明等，都作過非常重要的貢獻。

這是王貽芳院士和蔡旭東院士在L3的儀器上。

高能所的鄭志鵬所長也積極支持L3實驗。

L3實驗總共發表了300篇文章，有300人獲得博士學位。實驗的結果，這300篇文章可以用4句話表達出來。第一，宇宙中只有3種不同的電子和6種不同的夸克。第二，電子是沒有體積的，電子的半徑小於釐米。第三，夸克也是沒有體積的，夸克的半徑小於釐米。第四，不幸的是，所有的結果都與電弱理論符合。當一個實驗和理論符合的時候，你學到的東西很少，當實驗推翻了理論以後，纔是更重要的。

阿爾法磁譜儀AMS

1930年，趙忠堯院士首次發現反物質（正電子），我的第六個實驗是：國際空間站上的阿爾法磁譜儀AMS，這個實驗持續到2030年。目標之一，是尋找宇宙中高能量正電子的來源。

這是陳和生院士和NASA AMS總工程師Ken Bollweg。