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看見成大卓越領航 有請丁肇中院士 闡述太空反物質探索的研究心得

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【台南訊】諾貝爾物理學獎得主丁肇中院士,13日上午9時30分應邀抵成功大學成杏廳,在「看見成大卓越領航」講座發表「探討宇宙中的基本結構和宇宙起源」,由成功大學校長蘇慧貞親自主持,成大師生、南一中、南女中、德光、聖功等學校學生把會場擠得水洩不通。丁肇中院士說,自然科學的研究,具有競爭性,只有第一。要實現你的目標,最重要的是要有好奇心,不斷的追求,再加上勤奮地工作。

成大校長蘇慧貞致詞表示,特別高興在颱風之後,看見這麼多人來到成功大學,今年二月之後,成功大學有一系列的看見成大卓越領航;其中包含諾貝爾系列。今天丁肇中院士跟成大有兩代的緣分,包括他的父親丁教授曾在成大任教的歷史,也非常非常榮幸丁肇中院士在成大有約一年的大一時光。多年之前,他在高強校長任內獲選為成大校友傑出成就獎。在今天盛會,我就特別邀請高校長擔任引言,最後謝謝大家今天來到成大聽丁院士演講。

高強前校長說,蘇校長找我來引言,一方面心情非常的高興,一方面心裡也非常的惶恐,我的物理知識只停留在大一物理,又是四十多年前念的,所以我今天就必須用另外一個角度來做引言。就像剛剛蘇校長講的,最主要就是民國九十年,也就是2001年,我們頒給丁肇中院士校友傑出成就獎,那時候我擔任成功大學校長,這樣算是跟丁院士一段淵源,從更早一點講起,丁院士在民國四十四年曾經入學成功大學;四十四年前則是在建國中學念高中,那時我也剛從建國高中畢業兩年,所以和他有學長學弟的關係。丁院士進到成大以後念了一年,其實不到一年,就到密西根大學繼續他的學術研究。我其實大學畢業以後,也申請到密西根大學的入學資格。因為沒有獎學金;在那個時代我們非常窮,所以後來我並沒有去密西根,很遺憾沒辦法再當一次丁院士的另一個學弟。

我印象非常深刻的是1976年,那時候我在念博士時聽到了消息,就是丁院士得到了諾貝爾物理學獎。那時候我們在國外的同學非常非常興奮,那時候非常開心,我記得我第二天就跑去和指導教授說:我們有一位台灣來的學者丁肇中拿到了諾貝爾物理學獎,我跟他說是高中同一所學校畢業的;或許這讓我的指導教授知道我的品質也不差,後來我也很順利很快地拿到博士學位。

高強前校長說他1980年來到成功大學任教,就是丁院士拿到諾貝爾物理學獎的時候,到了民國90年二月接任校長,第一個想到就是說過去一直的頒的校友傑出成就獎,都只著眼在畢業,總覺得只要在成功大學有讀過,應該就是我們的校友,沒有道理不准頒給一個曾經肄業的校友,後來大家就很同意地通過,頒給了丁院士校友傑出成就獎。丁院士非常客氣就覺得說有什麼事情可以做為傑出校友,可以對學校服務、幫忙的,我就跟他聊了一下當時他的研究,才發現丁院士物理基礎這麼深厚,講話卻能深入淺出。他跟我說他做的是反物質研究,反物質我哪聽得懂呢?他就跟我說其實觀念非常簡單:如果宇宙真的是大爆炸所產生的,在這之前是個真空狀態,在大爆炸後應該就有正物質出現,有正物質就一定有反物質,但反物質不知道存在在哪裡,我現在再做的就是找這反物質的存在。

我當時一聽就覺得這一定是第二個諾貝爾獎,因為如果找到了,絕對是一個諾貝爾獎;我覺得這是個很值得研究的計劃。所以就跟丁院士說:成大是不是有機會加入他的工作團隊。丁院士也就非常客氣答應成大加入。我問加入的方式怎麼樣呢?他說這樣好了,成大就提供一百萬美金好了。其實後來我想想一百萬美金在他們的整個研究計畫是少得可憐的一筆。2002年,我們成大就跟丁院士領導的MIT研究團隊簽了一個合約,計畫名稱叫做國際太空反物質探索,是一個國際研究計劃。

成大參與一個國際性大的研究計劃,非常感謝丁院士對成大的付出跟提攜。今天我們也非常榮幸能夠請到丁院士,來跟我們講一下他在這個太空物理,尤其就是宇宙的結構、還有宇宙的起源這部分來做一個研究的分享。請熱烈的掌聲歡迎丁院士。

針對近代物理研究藉由科學儀器的新發現,丁肇中院士指出:60年代美國300億電子伏質子加速器發現2種中微子,j粒子、時間返演破缺:70年代美國4000億電子伏質子加速器發現第5種夸克、第6種夸克;70年代美國60億電子伏正負電子對撞機發現第部分子、4種夸克、第3種電子:80年代德國400億電子伏正負電子對撞機發現膠子;2000年日本地下實驗室發現中微子有質量;以及哈柏望遠鏡發現宇宙曲線、暗能量。

他說,AMS最重要的目標是,探測未來,探索自然界中存在,而我們無法想像,也不曾發現的現象。AMS的一個重要目的,是尋找由反物資組成的宇宙。他認為如果宇宙起始於大爆炸,大爆炸之前是真空的,大爆炸之後應關有相同數量的物資與反物資。

丁肇中院士說,宇宙是最廣闊的實驗室,宇宙線能量遠高於任何加速器,宇宙的反物資與暗物資的研究是近代物理學的基礎,而AMS是唯一直接在太空中研究這些近代物理基礎的大型科學實驗。由於物資和反物資在大氣相互湮滅,反物資不可能在地面上探測到。

他也表示,AMS電子儀器所有電子系統的實現方法,都是由高能物理實驗技術轉化為用於太空。AMS的熱控制系統是AMS對空間技術重要的貢獻,能在太空中保持大體積的常溫。用2相co2有極高的效率。這種熱控制系統對於載人至星球旅行是非常重要的。AMS電子儀器測量結果,正電子與反質子,都和暗物資的理論吻合,但是要證明找到暗物資則還需要幾年時間。

丁肇中院士指出,在過去的100年中帶電宇宙線是由氣球和衛星來測的,這些測量大約有30%誤差,AMS測量的宇宙線資訊,誤差約為1%。AMS在未來20年內將收集到3,000億個數據能夠探測到可見宇宙邊緣的信號。

他也指出,台灣對AMS有很大的貢獻,台灣負責人是李世昌教授,成功大學、中央大學,中山科學院等等機構也都參與其中,且貢獻很多。

學生對於丁肇中院士長期投身研究的行列而不厭倦,感到相當好奇。他說他在每一個實驗過程都全心投入,而且僅做一個實驗,不做第二個實驗,興趣使他不會疲倦。他勉勵青年學子,想實現你的目標,最重要的是要有好奇心,不斷的追求,再加上勤奮地工作。做任何是一定要盡全力,用最精確、精準的判斷力,把事情做到最好。

補充資料:
1976年獲諾貝爾物理學獎丁肇中院士,曾於1955年到1956年於國立成功大學機械系就讀,在1959年獲得美國密西根大學物理學士和數學學士、1961年取得美國密西根大學物理碩士學位、1962年完成美國密西根大學博士學位,曾擔任美國哥倫比亞大學講師、美國麻省理工學院物理學教授及理工學院第一位Thomas Dudey Cabot Institute教授、歐洲核子研究中心正負電子對撞機LEP上L3實驗負責人。1976年獲諾貝爾物理學獎後,因研究特別傑出,連續榮獲美國政府Lawrence獎、美國工程科學學會的Eringen獎章、義大利政府的Degasperi科學獎、美國國家科學院院士、前蘇聯科學院外籍院士、巴基斯坦科學院外藉院士、中華民國中央研究院院士等多項頭銜。

丁肇中院士是當代最傑出的實驗物理學家之一,在粒子物理學中有許多卓著的貢獻,特別是J粒子的發現導引了粒子物理學走入了新的方向。此外,丁肇中院士對量子電動力學的精確性,輕子的性質、失量粒子的性質、膠子噴注現象,γ-Y之干涉等問題的研究都有十分重要的貢獻。

丁肇中院士生於民國二十五年,曾先後就讀於國內成功中學、建國中學和成功大學機械系。後來赴美深造,在短短的六年裏,不僅完成了學士與碩士學位,而且還順利拿到博士學位。接著在日內瓦的歐洲粒子研究中心研究了大約一年,然後就開始在紐約市的哥倫比亞大學教書。一九六七年他轉到麻省理工學院,同時也定期橫越大西洋到歐洲核子研究中心研究工作。

一九七四年在紐約鄂普敦的布海汶國家實驗室裏,丁肇中院士完成了一項極為精密的實驗,其成果揭發了一個不被多數高能物理理論家所預期的「J粒子」。而這一實驗結果的發表,使得理論物理學家紛紛對丁院士的實驗結果加以探討。當一切討論塵埃落定後,物質結構中的一個新的模式出現了,而「J粒子」正是奠定這個新模式的基石,也開創了高能核物理的新局面,締造了高能核物理嶄新的境界,也促使人類對宇宙的生成有了更新的認知。在「J粒子」被發現兩年後,丁肇中院士獲得諾貝爾物理獎。

為了進一步尋找宇宙最基本的粒子和質量的來源,同時探究反物質的存在性,丁肇中院士目前分別在日內瓦及美國進行「加速器」實驗計劃及「太空站」實驗計劃,在這二個超大型跨國計劃裏,他提供了我國科學家相當大的參與空間,同時也使用了我國製造的超導磁軌跡探測器及中科院的電子儀器,使我國在國際大型的科學實驗研究上佔有一席之地,對國內基礎科學人材的養成及尖端研究領域的提升可謂貢獻良多。
維護單位: 新聞中心
更新日期: 2015-08-14
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