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实验究微穷物理,J 粒发现惊地天——独具特色的日照市科技馆

 青诗白话 2025-05-05 发布于北京

      如果要问全国的科技馆哪家最具地方特色,日照市科技馆肯定算得上一个。山东省日照市是美籍华裔物理学家、诺贝尔奖获得者丁肇中教授的故乡,而日照市科技馆则主要围绕丁肇中的科学成就进行展陈,可谓场馆独特,别具魅力。

日照科技馆外景

      日照市科技馆坐落在日照市奥林匹克水上公园西岸、城市中央活力区核心区域,由著名建筑设计师崔愷院士设计,整个建筑外形宛如一个高速旋转的粒子,体现了丁肇中“探索宇宙本源的阿尔法磁谱仪(Alpha Magnetic Spectrometer,缩写AMS)概念”。场馆建筑布局分为五拱、六圆、七通道、一穹顶,参观路线呈螺旋上升状,宛如粒子加速器运行轨道。

      常设展厅共有6个实验展区,分别围绕着丁肇中教授对物理学研究产生了巨大影响的6个著名实验及其相应设备模型进行科普。每个展区的实验设备模型大都按照一比一的尺寸精准复原制作,并从实验意义、背景、目的、原理、仪器设计、实验结果等方面全面介绍丁肇中研究团队的实验过程。1976年12月10日,丁肇中在诺贝尔奖颁奖仪式上发表获奖感言:“自然科学理论离不开实验的基础,物理学更是从实验中产生的。我希望,我的获奖能够唤起发展中国家学生对实验的兴趣,认识到实验工作的重要性。”

测量电子半径实验模型

      一号实验展区展示的是电子半径测量实验,项实验关乎物理学的基本观念1965年,博士学位不久的丁肇中到德国新建的加速器实验室,不同的方法重做电子半径测量实验。“电子到底有没有体积”,当时在物理学界还是一个有争议的问题,丁肇中8个月的时间证明量子电动力学的观点是正确的——电子没有体积,它的半径小于10-14厘米。

      第二展区是一系列有关重光子性质的实验,教授领导的团队证明了重光子和光子之间可以相互转化,同时还观测到了ρ与ω的干涉现象

      第三个实验使丁肇中教授荣获1976年诺贝尔物理学奖1974年11月,历时两年发现了J 粒子,改变了物理学界长期认为世界上只有三种夸克的观念,这一发现对粒子物理学发展有划时代意义由此奠定了现代基本粒子理论。

发现胶子实验模型

      四号实验展区科普的是发现胶子实验,这是丁肇中发现J粒子后的又一重大发现。虽然这项实验最初并不是了寻找胶子,但却获得了意外的结果。在物理学中,胶子是一种负责传递强核力的玻色子,它们像胶水一样把夸克“捆绑”在一起,使之形成质子、中子以及其他强子。值得一提的是,27中国科学家参加了这项实验

      L3实验是在世界上最大的加速器上进行,这是包括中国在内的19个国家600多名科学家共同参与的一项大型国际合作实验,旨在模拟宇宙的形成过程。实验结果表明宇宙中只有三种不同的中微子,电子夸克没有体积,它们的半径小于10-17。这些结果都与粒子物理标准模型相符合。

丁肇中教授用过的笔记本电脑

      最后一个是AMS实验即阿尔法磁谱仪实验。丁肇中领导的这项举世瞩目的实验,全球16个国家和地区56个研究机构1500多名科研人员参与,这是人类第一次在太空中使用粒子物理精密探测仪器和技术的大型国际合作科学实验AMS实验最重要的目的是寻找宇宙中的反物质和暗物质,探索宇宙的起源

     日照市涛雒镇是丁肇中先生的祖籍,他1936年1月27日出生于美国,出生3个月后便回到家乡,早年在大陆上学,1948年随父母去往台湾。1956年,丁肇中考美国密歇根大学学习1962年获该校博士学位。虽然长期生活、工作在美国,但丁肇中对家乡的感情始终不渝,自2010年日照市科技馆动议兴建,他就予以高度关注,2014年、2017年和2018年先后出席科技馆设计方案论证会、开工奠基仪式和展陈方案评审会。2019年,丁肇中将记载他学术经历的10万多件档案和实物全部捐献给了日照市科技馆,这些捐赠物涵盖论文手稿、实验数据记录、书信邮件、照片、影像、科研设备、实验装置等几十个门类,成为研究丁肇中成长经历、学术思想、科研经验、治学理念等的第一手资料。

麻省理工学院为庆祝“J粒子”发现十周年专门制作的“J”大白板

      参观日照市科技馆,可见丁肇中教授用过的笔记本电脑、办公室的座椅,以及在L3实验中用到过且十分稀少、昂贵的锗酸铋晶体等珍贵科技文物。三号实验展区入口上方悬挂有一块白色的大平板,中间书写着硕大的一个红色拉丁字母“J”,左上角和右下角分别写有数字“1974”和“1984”。这块平板是麻省理工学院1984年为庆祝丁肇中教授发现“J粒子”十周年而专门制作的,一直挂在丁教授工作的44号楼入口的上方。2019年,丁肇中把这块大平板摘下来,一同捐赠给了日照市科技馆。正因如此,日照市科技馆还有另外一块牌子——丁肇中科学馆。

      参观完毕,感怀于丁肇中教授在物理学领域做出的卓越贡献,日照市科技馆“探索奥秘、发现未知、严谨实验、寻求真理”办馆理念,不禁填《破阵子》词一首,以示褒赞,以表情怀。 

      日照奥园西岸,馆如粒子飞旋。设计匠心凝巧构,通道螺旋意蕴连。科研创探篇。

      常展六区呈秀,丁公伟绩昭然。实验究微穷物理,J 粒发现惊地天。英名万古传。

日照市科技馆夜景

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