三大诺贝尔奖得主齐聚怀柔：一场思想与智慧的盛宴

2025年7月14日，在北京怀柔科学城雁栖湖应用数学研究院，国际基础科学大会迎来高光时刻：三位基础科学终身成就奖、诺贝尔奖得主——丁肇中、David Gross、朱棣文——相继登上讲台发表演讲，呈现了一场跨越粒子物理、量子场论与能源科技的理性与智慧的盛宴。在漫长的科学探索航程中，他们无畏挑战权威的精神，独辟蹊径的创新智慧，探问宇宙奥秘的求知欲与好奇心，以及对人类前途和命运的关切与热忱，令人感佩。

丁肇中：再活100年

诺贝尔物理学奖得主丁肇中以《“11月革命”和正负电子物理的五十年》为题，带领听众重温他引领粒子物理革命的历程，逐一讲解他曾经主持的多个关键物理实验，笑谈如何一次次挑战主流认知，又是如何把异想天开变为现实，从而打开物理学全新局面的科学人生。

第一个实验：电子是否有尺寸？

上世纪60年代末，在哈佛大学与法国CEA联合进行的一项实验中，丁肇中试图测定电子的空间尺寸。当时普遍认为电子可能具有某种微小但可测量的结构。实验初步估算出电子的尺寸为10⁻¹³厘米。然而，这一结论在物理界引发争议。

为了验证这一结果的可靠性，丁肇中亲自策划了第二次实验，在德国汉堡DESY加速器上重新进行测量。这一次，结果出人意料：电子在实验分辨率下表现为无结构粒子，即“没有尺寸”，这一结果推翻了之前的实验估计，印证了量子电动力学。

第二个实验：光能否转化为有质量的粒子？

在相同实验装置中，丁肇中注意到一个异常现象：光束与矢量介子之间似乎存在相互转化的迹象。这一观察并未在当时的主流粒子理论中获得解释，但丁肇中敏锐地意识到，这是粒子之间“混合态”或“激发态”存在的物理证据之一。他据此提出了光子与重粒子状态间的耦合机制的实验验证方法。

第三个实验：“重光子”是否存在？

1970年代初期，一个看似简单却困扰理论界的问题浮现：自然界中已知的“重光子”为何质量集中在约1GeV左右？难道背后隐藏着一种新的强相互作用态？当时的学界对相关实验并不看好，认为寻找重光子并不是主流研究方向，且认为实验无法实现，这使得丁肇中的实验方案屡屡被拒。

面对质疑与经费压力，丁肇中毅然坚持在布鲁克海文国家实验室发起了AGS加速器上的E598实验。尽管整个项目曾因所需材料，比如5吨肥皂，而遭冷眼质疑，他与团队最终在1974年成功发现了J粒子（后称J/ψ粒子）。该粒子的寿命远长于其他共振态矢量介子，并呈现出独特的电子偶素谱，这直接指向了粲夸克的存在，标志着夸克模型从理论走向实证。这一发现被誉为“粒子物理的十一月革命”，为他赢得了1976年诺贝尔物理学奖。

第四个实验：胶子的存在能否被直接验证？

在德国DESY的MARK J实验中，丁肇中希望进一步检验量子色动力学（QCD）对“胶子”即夸克之间强作用的中介粒子的预言。当时不少人仍对胶子是否能直接观察持怀疑态度。

该实验首次清晰观测到三喷注事件，即一个正负电子对撞后产生三束高能粒子射流，符合胶子辐射的理论特征。丁肇中团队由此首次在实验中确认了胶子的存在，成为QCD理论的重大验证成果。

第五个实验：正负电子对撞中的粒子谱精测

CERN主导的L3实验，是在大型正负电子对撞机（LEP）上开展的一项重要的高能物理实验。丁肇中主导设计的精密探测系统，累计产生超过300篇学术论文，300余位博士生由此毕业。这项实验系统揭示了3代轻子与6种夸克的分类结构，并测得这些基本粒子的尺寸均小于10⁻¹⁷厘米，进一步强化了“粒子无结构”这一现代物理学基础认知。

第六个实验：AMS计划——将磁铁放上太空

完成众多地面实验后，丁肇中转向太空。他提出一个大胆构想：将一个大型磁谱仪（AMS）安放在国际空间站轨道上，以直接探测宇宙中高能粒子及反物质的存在。尽管这一构想最初遭到质疑，甚至被认为“不可能”，他最终通过了美国宇航局与国际合作伙伴的评审，将设备成功送入轨道。

阿尔法磁谱仪自2011年运行以来，累计采集了超过2500亿个高能宇宙射线数据，揭示出许多无法用现有理论解释的异常现象，为暗物质研究、宇宙线起源与反物质天体探索打开了前所未有的视野。

AMS计划源于丁肇中挑战传统实验范式的奇思妙想——把磁铁放在天上，“然而我成功了。”他自豪地说道。正如他所言：“变革就是真理。” 他始终挑战已知、探索未知。目前，AMS已收集了海量高能宇宙射线数据，许多现象至今无法用现有理论解释。他坦言，希望再活100年，亲自解答这些深藏的宇宙奥秘。

David Gross：

量子场论的百年回顾与未来挑战

诺贝尔物理学奖得主、弦论与量子色动力学奠基人David Gross教授的演讲题目为《量子场论的过去、现在与未来》。他以深厚的历史视角回顾了量子理论与量子场论的发展脉络。

20世纪前20年，是量子理论的起始年代。他从普朗克的光量子假说、玻尔的轨道量子化，讲到Gerlach-Stern的自旋量子化实验。上世纪20年代中期，理论物理学家提出了量子力学的正式框架，如Heisenberg的矩阵力学，薛定谔方程，Dirac量子化方案，分别针对量子力学做出不同形式描述。量子力学的概率阐释，互补原理，Pauli不相容原理，Hilbert空间等也在这一时期建立起来。

20年代末，Dirac建立了相对论性量子力学，首次提出反粒子的概念。但是电动力学的量子化问题，在当时仍然面临困难，比如在量子情形如何处理电动力学的规范不变性问题等。这均是量子场论横空出世的时代背景。物理学家正是在解答了这些问题之后，才最终提出了量子场论。

Gross特别强调，1940年代中期至1950年代初期，Feynman等人建立起量子电动力学（QED），并成功解释了电子磁矩等现象，这代表着量子场论理论框架的正式建立。量子场论最大的成功之处在于，预言了电子的反常磁矩，并与实验高精度的吻合。

1954年，Yang和Mills提出了非阿贝尔规范场论，为此后标准模型的建立奠定了基础。但是规范场论仍存在一个很严重的问题，就是没有质量。如何产生质量呢？1964年，3个独立的小组提出了产生质量的机制，后被成为Higgs机制，通过对称性自发破缺而获得质量。Higgs机制、描写强相互作用的量子色动力学（QCD）以及电弱统一理论——最终形成了统一的标准模型，用以描述自然界基本粒子及其相互作用。

面对引力的量子化难题，Gross转向了弦理论的探索。超弦理论提出了一种可能的量子化引力的方案，将基本粒子视为振动的“弦”，后来物理学家又发现了AdS/CFT等新视角解决黑洞信息佯谬等问题。在这一理论框架下，时空被理解为是一种“涌现的机制”。

对于未来可能出现的统一理论，David Gross教授引用了爱因斯坦的名言：“沿着纯粹思维的路径，凭借对现实结构统一性的信念，成功推导出巧妙的自然法则——这鼓励着我们继续沿着思辨的方向前进。然而，任何富有勇气的挑战者，都应该清醒地认识到其中的风险。”他认为，或许在他有生之年，统一理论不会出现，但随着新的理论工具的发展，这一愿望将由年轻一代实现。

朱棣文：从激光冷却

到应对气候变化的科学人生

诺贝尔物理学奖得主、前美国能源部长朱棣文教授以《漫步于科学之中的人生》为题，讲述了他独特而多元的科研轨迹。他用“随机游走”来形容自己的科学生涯，强调科学的突破往往诞生于偶然和勇气。

朱教授在职业生涯之初，在贝尔实验室开展激光冷却实验，提出了一种被称为光学阻尼的崭新冷却方法，又利用光偶极阱实现了原子捕获。这项技术不仅极大拓展了对原子操控能力，也为日后量子精密测量、原子钟和引力波探测等应用奠定了基础。

1987年起，朱教授加入斯坦福大学，开始探索激光操控DNA等前沿交叉研究。他特别强调基础研究的跨界融合价值，比如精密光学时钟就在 GPS定位、地震预测与广义相对论验证等方面有着巨大的潜力。

除卓越的科研成就之外，出于对环境问题的关注，朱教授还投身公共政策与可持续发展。2009年，他应奥巴马总统之邀担任美国能源部长，领导气候变化与能源创新等议题。2013年再次回归斯坦福时，他也曾面临缺少经费、课题的境况。他花了一年的时间，重新探索研究方向、寻找资金、组建团队。目前，他正专注于碳捕集与绿色能源的研究，坚持在科研与社会责任之间达到平衡。

对多学科问题的积极探索，对人类命运的深刻关切，推动着他不断跨越学科，变换身份，担起科学家的社会责任，回应时代关切。

在媒体见面会上，当被问及“什么时候开始科研最合适”时，朱棣文幽默地回答：“这取决于你的年纪。我现在的年纪就很适合科研。”今年77岁的他，依然活跃在科研一线，从事碳捕集等关键能源与气候相关项目。

三位诺奖得主深耕于不同领域，引领了各自学科的突破与变革，用漫长的时光书写了科学家精神——无畏的挑战与不懈的探索。他们的思想与实践激励着一代又一代青年学者勇敢前行，在追求真理的道路上永不停息。

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来源：国际基础科学大会公众号

编辑：胡赛男