在星辰大海中刻下求真印记——写在丁肇中九十岁寿辰之际

作者：张志会、李志毅

2026年1月27日，著名美籍华裔物理学家、1976年诺贝尔物理学奖得主丁肇中教授迎来九十寿辰。作为中国实验高能物理走向世界的重要引路人，他数十年来持续推动中国科学家深度参与国际前沿合作。此前，他在北京举行的2025国际基础科学大会（ICBS 2025）上被授予“基础科学终身成就奖”。

丁肇中获2025年度基础科学终身成就奖（从左至右丘成桐、丁肇中、王贻芳）

1976年，丁肇中因发现新的基本粒子J粒子而获得该年度诺贝尔物理学奖。光阴流转，他却从未离开科学最前沿。从地下实验室轰鸣的粒子加速器，到国际空间站外寂静运转的阿尔法磁谱仪（AMS），他的目光始终投向人类认知尚未照亮的角落。贯穿其科学生命的，是一条朴素而坚定的信念：唯有实验，才能探明未知；唯有亲手建造仪器，才能听见宇宙的真实回响。

J/ψ之后：为何转身离开“已知”的加速器？

人们常以为，1976年是丁肇中事业的巅峰时刻。但对他而言，那不过是探索更深未知的起点。

1965年，30岁的丁肇中放弃美国稳定教职，前往德国DESY加速器，以不同的方法重新进行测量电子半径实验。当时有知名高校专家宣称测量到了电子的体积，因此，同行多认为他的这一实验是徒劳的。他却强调做最难实验对科学进步的重要性。八个月后，他用高精度实验结果证实了电子是没有体积的，这一发现震撼了学界，并奠定了他“以实验挑战共识”的风格。20世纪70年代，他在PETRA对撞机上继续测量，再次验证电子点状结构。

1974年7月，丁肇中领导的团队在美国布鲁克海文国家实验室独立发现了一种新型亚原子粒子，质量约3.1GeV/c²，具有异常长的寿命，最初命名为“J”。出于科学严谨，他要求团队对数据进行反复验证并保密，直至10月得知斯坦福直线加速器中心的里希特团队也观测到了该粒子（命名为“ψ”），这才决定公开成果。随后，双方的研究于同年11月在《物理评论快报》同期发表，这种粒子被合称为J/ψ粒子，这便是粒子物理学的“十一月革命”。该发现证实了第四种夸克——粲夸克的存在，完善了粒子物理标准模型，为粒子物理标准模型提供了关键支撑。

1976年12月10日，40岁的他站在斯德哥尔摩领奖台上，不顾美国政府反对，坚持用中文致辞，向发展中国家的青年强调：“自然科学的发展，靠的是实验，而不是空谈。”

荣誉并未使他停步。1979年，丁肇中领导的MARK-J实验组与TASSO、JADE等其他合作组几乎同时在德国DESY的PETRA对撞机上首次观测到三喷注事例，为胶子（强相互作用的媒介粒子）的存在提供了关键实验证据，有力地支持了量子色动力学理论。但他的目光早已投向更远处。

1975年，丁肇中应中国科学院邀请首次回国访问。他与中国科学院、北京大学、清华大学等机构的物理学家进行了深入学术交流。他还特意穿上中山装，表达对祖国的认同，曾公开说“我是在旧中国长大的，我的根在中国”。他参观了中国当时的高能物理研究设施，并坦诚指出中国在实验物理领域的差距，强调“发展科学必须重视实验”。此行开启了他此后数十年持续推动中国参与国际大科学合作的历程。

在他的积极邀请与推动下，中国高能物理界逐步融入国际前沿大科学合作。在德国DESY加速器实验和欧洲核子研究中心（CERN）L3实验中，中国科学家首次系统参与大型粒子物理实验的设计与数据分析，积累了宝贵经验。

自20世纪80年代起，他亲自面试遴选中国青年学者，通过“丁肇中实验物理培训班”（简称丁训班）系统培养，并将他们送往麻省理工学院、欧洲核子研究中心等世界顶尖平台深造。虽“丁训班”之名已融入常态合作，但他播下的火种，早已成长为支撑中国高能物理与国际大科学工程的中坚力量。

AMS-01：一次飞向未来的“试飞”

彼时，暗物质、反物质、宇宙起源等宏大谜题正吸引理论物理界的关注，却缺乏实验支撑。加速器的能量终究有限，他开始构想：能否将探测器送入太空，直接拦截来自银河系深处的宇宙射线？在那里，或许藏着标准模型之外的新物理。

这一想法被许多人视为“疯狂”——太空环境极端、成本高昂、风险不可逆。有人劝他“你已功成名就，何必冒险？”他却认为真正的科学家，不应满足于解释已知，而要敢于叩问未知。

从地下加速器到太空轨道，丁肇中的探索疆域不断拓展。他深知，粒子物理的未来不仅在于更高能量，更在于更广阔的观测窗口。1995年，丁肇中正式提出阿尔法磁谱仪（AMS）计划。这不是寻常项目，而是人类首次尝试将大型粒子物理实验，携带巨大的磁铁搬上太空。在他的感召下，16个国家和地区、60所大学与研究所、600多位科学家组成前所未有的国际合作团队，其中包括众多中国科研人员。

搭载在国际空间站的阿尔法磁谱仪（AMS）

他深知，如此宏大的目标不能等待“完美”。于是，他选择先迈出第一步：建造AMS-01原型机，搭载航天飞机进行短期飞行，验证关键技术。

1998年6月，“发现号”航天飞机携AMS-01升空，在轨运行10天，成功记录约1亿个宇宙射线事件。尽管时间短暂，丁肇中率领团队完成了三项历史性突破：首次证明永磁体可在微重力下稳定工作；验证硅微条探测器等精密设备能耐受太空极端环境；更重要的是，成功验证了探测器在复杂背景和地磁场干扰中精准识别反物质粒子的能力。任务结束后，丁肇中内心更加笃定，这只是起点。他们要做的，是一台能永久驻留太空、积累海量数据的终极磁谱仪。

AMS-02：实现从“可能”到“必须”的跨越

基于AMS-01的经验，丁肇中决心打造AMS-02——一台直指现代物理学三大核心谜题的“宇宙之眼”。他曾说，“AMS最重要的目标，是探测那些我们无法想象，也未曾发现的现象。”

在他的酝酿下，AMS-02肩负三大核心科学使命：其一，搜寻宇宙中的反物质。大爆炸理论预言物质与反物质应等量创生，但今日可观测宇宙几乎全由物质构成。其二，探寻暗物质踪迹。暗物质虽不可见，却可能通过湮灭产生高能正电子或反质子。其三，破解宇宙射线之谜，提供人类到外太空必需的知识。质子、氦、锂、铍等宇宙“信使”的能谱，蕴藏着超新星遗迹、脉冲星风等天体加速机制的秘密。

为实现这一目标，AMS-02继承并升华了丁肇中早年J粒子实验的设计精髓——极致抑制背景干扰。其穿越辐射探测器与电磁量能器被磁场物理隔离，有效阻断次级粒子污染；硅微条探测器测得的动量与量能器测得的能量相互校验，整体精度提升30倍。新增的环形成像切伦科夫探测器（RICH）可精确测定粒子速度，系统空间分辨率达10微米，相当于在1公里外识别一枚硬币的轮廓。

然而，通往太空的征途从来不是坦途，而是布满荆棘的攀登，丁肇中也曾经历他人生的“至暗时刻”。2003年，“哥伦比亚号”航天飞机在返航途中不幸解体，七名宇航员全部遇难。这场悲剧不仅震惊世界，也彻底改变了美国载人航天的轨迹。NASA随即宣布，航天飞机计划将于2010年前全面退役，并大幅削减非核心载荷。这一决定，使丁肇中领导的阿尔法磁谱仪（AMS-02）项目骤然陷入存亡危机，原本依赖航天飞机将其送入国际空间站的唯一路径，眼看就要中断。

面对这一严峻局面，丁肇中没有退却。他在国会听证会上掷地有声地疾呼：“如果人类因困难而放弃在太空中探索基本物理问题，那将是科学的巨大倒退！”他奔走于华盛顿与日内瓦之间，竭力争取政治与科学界的支持。与此同时，他以非凡的远见与开放胸怀，带领AMS国际合作团队在全球范围内寻找替代方案，其中就包括与中国、欧洲等航天力量展开接触。

2006年前后，丁肇中主动致信中国航天科技集团第五研究院，双方进行了多轮深入技术磋商，认真探讨由中国自主研制一颗专用科学卫星，搭载AMS探测器进入轨道的可行性。这是一位顶尖科学家在危急关头，为守护人类对宇宙基本规律的追问所做出的不懈努力。

他的坚持，终于撬动了齿轮。

2008年，国会通过《H.R.6063法案》（即《2008年NASA授权法案》），其中专门增设条款，授权为阿尔法磁谱仪（AMS-02）。这一决定并非来自NASA的主动意愿，而是国会以立法形式强制要求NASA执行，体现了国家层面对基础科学价值的重新确认。AMS-02最初设计用超导磁体，因航天飞机即将退役，为应对发射延期风险，加之超导磁体依赖的液氦冷却剂在太空中无法补充，会导致实验寿命受限，团队于2010年果断放弃需要消耗液氦的超导磁体方案，换回更可靠的永磁体系统，以确保其在太空中无需冷却系统也能长期稳定运行。

然而，当梦想即将升空，丁肇中却陷入前所未有的审慎。在AMS-02发射前数日，他要求发射台所有工作人员暂时远离，独自静坐四个小时。十六年来的每一个关键节点在他脑海中回放：探测器的设计、超导磁体的更换、国际合作的协调、无数次技术评审……他反复自问：有没有一个决定是草率的？有没有一处隐患被忽略？若不能确信“万无一失”，他宁愿推迟，也不愿让这台凝聚全球智慧的仪器冒险升空。

2011年5月16日，美国“奋进号”航天飞机承载STS-134任务腾空而起，将AMS-02送入太空。这既是“奋进号”的谢幕之旅，也是航天飞机计划的倒数第二次飞行。仅仅三日后，宇航员便通过空间站机械臂稳稳抓住这台重达7.5吨的精密仪器，将其精准安装在预定的桁架结构上，完成了这场意义非凡的“太空交接”。

丁肇中在即将发射的航天飞机前

休斯敦控制中心内，75岁的丁肇中凝视屏幕，眼中泛光。这一刻，他等待了十六年。自此，这台由16国合作、耗时近二十年的精密仪器，终于在距地400公里的轨道上睁开“眼睛”，开始凝视宇宙深处的暗物质之谜。

在太空中“修仪器”：一位八旬科学家的执着

真正的考验在升空后才开始。尽管AMS-02每93分钟绕地球一圈，经历剧烈温差，不过，自2011年5月安装以来，AMS-02在国际空间站上持续稳定运行，日复一日精准捕捉来自深空的宇宙射线，积累了前所未有的高精度数据，为暗物质与反物质研究奠定了坚实基础。过去百年，气球与卫星测量误差高达30%，AMS-02将误差控制在1%以内，致力于构建迄今最精确的宇宙射线图谱。

AMS-02在轨运行数年后，其核心的硅微条探测器冷却泵出现老化失效迹象，若不修复，仪器将面临停摆危机。起初，NASA认为风险过高，拒绝批准宇航员进行如此高难度的太空行走维修。但丁肇中坚持认为，这台凝聚了600多位科学家二十年心血的仪器，绝不能就此沉默。在充分论证并确保宇航员安全的前提下，这场史无前例的“太空手术”被提上日程。2019至2020年，宇航员通过四次惊心动魄的舱外活动，成功为AMS-02更换了全新的冷却泵，使其重获新生。每次出舱，他都彻夜守候。当系统重启成功，84岁的他欣慰地表示，这台仪器已具备运行至2030年的能力。

这份执着源于他对数据的虔诚。至今，AMS已收集超过2600亿个有效宇宙射线事件，远超此前百年总和。其成果持续刷新认知：AMS实验精确测量了正电子能谱，并发现其在达峰后下降，这为寻找暗物质提供了重要线索。反质子/质子比例与理论预测不符，暗示新物理现象；首次发现锂核流强存在突变，推翻了“锂仅为次级粒子”的传统理论；电子与正电子流强随能量变化规律不同，颠覆相关旧有理解。数十位中国科学家深度参与这些突破性分析。

自然科学的研究，是具有竞争性的，只有第一，但他还是不急于宣称“发现暗物质”。在他看来，数据会说话，但需要足够多的数据。他领导的实验物理团队的任务不是解释，而是精确测量，让自然自己告诉我们答案。

这一合作传统在阿尔法磁谱仪（AMS）项目中实现质的飞跃。在中国科学院高能物理研究所等单位的支持下，中国团队不再仅是参与者，更成为关键系统的承担者——负责硅微条探测器热控系统研制、数据获取软件开发及核心物理分析等多项重任。其扎实的工程实现能力和严谨的数据处理水平，为AMS的长期稳定运行提供了不可或缺的支撑。如今，中国科学院高能物理研究所、电工研究所、上海交通大学、中山大学、山东大学、东南大学，以及航天科技集团一院、五院等单位，均深度参与了AMS核心探测器研制与数据分析。数十位中国科学家已成为AMS国际合作组的核心成员，在宇宙线、暗物质等前沿领域持续作出实质性贡献。丁肇中始终铭记并多次在公开场合充分肯定中国团队，尤其是青年学者的关键作用。

从J/ψ粒子到阿尔法磁谱仪（AMS），丁肇中的科学生涯完成了一次从微观粒子到浩瀚宇宙的壮丽跃迁。贯穿其一生的，是对实验的极致虔诚、对未知的深沉敬畏，以及对中国高能物理发展的持久关切。如今，九十高龄的他仍每日审阅AMS传回的数据，目光如初。

或许，他心中最好的生日礼物，从来不是掌声与赞誉，而是来自深空的一个新信号——一个足以再次改写人类对物质与宇宙认知的自然答案。他不仅在探索宇宙的边界，更在中国科学走向世界的道路上，默默地铺路。这样的人，不仅是世界级科学大师，亦是我们心中真正的“英雄”。

（作者分别系中国科学院自然科学史研究所研究员，日照市科技馆研究馆员、馆长）