1948年，像费曼、施温格和朝永振一郎在计算量子电动力学的时候有一个重要的前提，也是非常重要的假设，那就是电子是没有体积的。但是后来这个假设遭受到一个挑战。60年代初期哈佛大学有一个组，这个组的主持人叫弗兰克，这个弗兰克是个很有名的科学家。他做了一个测量电子半径的实验，发现电子是有半径的，半径在10^-13厘米到10^-14厘米之间。没过多久，康奈尔大学另外一个很有名的实验团队也发现同样的结果。两个不同的实验得到同样的结果，这就麻烦了，这要挖量子电动力学的地基了。
这时候有一个年轻人就到了德国，他在美国刚刚读了个博士学位，正好拿到了福特基金会奖学金，之后他就来到了欧洲核子研究组织工作。他在想是不是能再次测量电子的半径，在瑞士日内瓦他显得有点孤零零的，因为只有他一个人想搞这个实验，最后他决定问问美国同行看看那边有没有什么机会回美国，看看能不能得到什么帮助。美国人回复道来我们这里搞可以，不过丑话说在前头，没钱给你，因为你从来没有做过实验，别人也不了解你，所以不能提供经费支持。后来他又去问德国人，德国人说行啊，你来吧，我们给你钱。而且当时德国的加速器规模还很大，所以这个年轻人去了德国汉堡的德国电子同步加速器研究所。
德国电子同步加速器研究所
这个人叫丁肇中，原籍是山东日照。他父母都是教师，父母去美国讲学的时候他母亲意外早产了，就生下了丁肇中。原本想回国内生，没想到直接就生在了美国，因此丁肇中是意外获得美国入籍资格的。长大以后他就在美国求学，博士毕业以后到了欧洲。他的第一个重要的实验就是这个测量电子半径的实验。他打算怎么测呢？对于一个不规则的图形要怎么去测量它面积呢？如果毛估一下的话可以均匀的撒上一堆的小豆子，数数落在图形里面的有多少，落在外面的有多少。对比一下就把比例给算出来，那么就可以大致算一下不规则图形的大小，而测量质子中子的半径，基本上也都是这个办法。
丁肇中
我们测量质子之类的核子的大小，通常都是拿电子当做炮弹去轰击质子。先用电子狂轰乱炸一波，然后数一下什么都没碰上的电子有多少，再数数被弹出来的电子有多少，计算一下碰上和没碰上的概率就可以大约估算一下粒子的直径了，当年发现原子核用的也是这个办法。但是电子本身太小了，不能拿别的粒子来轰击电子，通常都是拿电子轰别的粒子。要测量电子体积就必须另外想一个办法，办法就是只能还拿电子去轰击别的粒子，看看电子如何被反弹出来，这样也可以反推电子直径。
丁肇中去了德国，在德国埋头搞了8个月，终于把这实验给搞出来了。在20G电子伏特下测的电子半径小于10^-15厘米，而在60G电子伏特下测得电子半径要小于10^-16厘米。反正电子伏特数越高，能量越大，结果测量的数值就越小，当然了也可以理解为测量结果越准确。按照丁肇中自己的讲法是找不到电子半径的，可是电子通常有个概念叫“经典半径”，这是根据经典力学和相对论计算出来的半径，与量子力学关系不大。
在宏观世界里任何东西都是有明确边界的，摸摸桌子握着手机，都是硬邦邦，明确有边的，但是在微观世界却不是这样。我们触摸到的所有感受都是电磁力的相互作用，电磁相互作用是按照平方反比规律在衰减，人们没办法找到一个明确的边界来划分电子的半径究竟在哪。丁肇中用实验的办法确定了电子最起码不会比10^-16厘米要大，甚至还要小得多，最大也就这么大了。更重要的是现在的理论认为电子啊夸克啊都是没有结构的，是不可再分的，它们属于基本粒子，如果它们可以再分，那么必定有内部结构，质子、中子是有内部结构的因此它们是有半径可言。这个半径也就是内部的基本粒子相互作用的范围，差不多我们就认为这是质子、中子的直径、半径、体积，其实都是一回事。
有了这个实验结果，量子电动力学就算是稳住了阵脚，这是丁肇中第一次崭露头角，第一次实验就显示出了他在实验物理方面的锋芒。他后来讲述这段历程的时候提到了他的感想，他说：“不要盲从专家的结论。我没有做实验以前，都是世界级的专家在做这个实验。”当然我们知道现在心灵鸡汤已经够多了，听这些话也已经审美疲劳了。不过听归听，但是真要做到那还是很难的。
第二次丁肇中大显身手的时候困难就大多了。当时已经提出了夸克理论，当时有三种夸克-上夸克、下夸克、奇异夸克，物理学界普遍认为奇异夸克应该还有个伙伴，这都是一对一对的好基友，是不能缺的，他们起名字叫”粲夸克“。不过这个粲夸克不太好找，夸克只存在于强子内部，在外边可没有，只有把强子撞开才能看到这些基本粒子，而且还非常难检测，都是稍纵即逝。布鲁克海文国家实验室，还有斯坦福的加速器都在寻求高能量级别的实验。实验检测与设备也必须有很高的灵敏度，否则那些稍纵即逝的微小粒子是没法子被发现的。所以这个实验的过程是相当艰难的。他后来回忆，1972年美国布鲁克海文国家实验室就接受了他们的实验请求。为了能从100亿个已知粒子中找到一个新的粒子，这个实验有几个要求：1、必须每秒钟输入100亿高能量的质子到探测器上，在这么多的质子输入探测器所产生的放射线会彻底破坏探测器，而且对工作人员也是非常危险的。2、必须发展全新的、非常精确的、在非常高的放射线下能正常工作的全部仪器。3、必须设计安全的屏蔽系统，屏蔽系统要保护外面人员的安全。要保证100亿个质子在里面安全运行就要用到5吨的铀238，100吨铅，最后还用了5吨肥皂。肥皂是个非常特别的实验器材，没听说过哪个实验需要肥皂的，丁肇中就用到了，主要作用是防止中子辐射的。
夸克家族
这种大海捞针一样的实验周期不短，人员也不少，一干就是两年。他们就发现了一个寿命特别长的粒子，比别的粒子寿命长10000倍。这种新粒子的发现，就证明了宇宙中有新的物质存在，它们是由新的夸克组成的，丁肇中把它命名为J粒子。有人说丁肇中的姓氏是”丁“，这个大写的”J“长得很像”丁“。要这么说呢，也不能说错，的确长得像，但是人家当初不是这么想的。当时看到前一个字母K已经用过人，有K介子，那就顺着往下排算了。而且J可以代表很多的物理含义，比如电流、光都可以用J代表，这是个很不错的选择。
就在丁肇中他们宣称发现新粒子的同一天，远在加州那边的斯坦福加速器也传来好消息。领头的叫李克特，李克特他们声称发现了了一种ψ（浦西）介子。两边的实验团队都吓了一跳，这也太巧了吧，两边的人一沟通，你们发现的这个粒子是啥特性啊？怎么怎么样的数据。两边最后傻眼了，这分明就是同一种粒子嘛，这撞车撞这么厉害，隔那么老远同一天发现同一种粒子，这也太巧了。但是叫谁的名字比较好呢？大家觉得随便叫哪边的名字都对另外一方不公平，因此最后叫做”J/ψ 粒子“。两个名字混着来，不过我们中国人肯定喜欢叫”J粒子“嘛，毕竟比希腊字母简单。
J粒子的存在，跟粲夸克是有直接关系的，基本上也就抓到了粲夸克，但是两个团队都并不是本着粲夸克来的，都是大海捞针一样碰上了。后来因为这个成就丁肇中和李克特分享了1976年的诺贝尔物理学奖，还有美国政府的劳伦斯奖。
更可贵的是，丁肇中在获得诺贝尔奖的领奖台上，用的是中文发言。这是第一次有中文出现在了诺贝尔颁奖现场。他说得到诺贝尔奖，是一个科学家最大的荣誉。他是在旧中国长大的，因此想借这个机会向青年们强调实验工作的重要性。中国有一句古话：劳心者治人，劳力者治于人。这种落后的思想，对在发展中国家的青年们有很大的害处，由于这种思想，很多发展中国家的学生们都偏向于理论的研究，而避免实验工作，丁肇中的意思就说这是不对的，应该重视实验工作。后来丁肇中在回忆这一段的工作的时候，他也很感慨。要对自己有信心，做你认为正确的事，不要惧怕困难，不要因为大多数人的反对而改变。同时他也对领导说，决策机构要给优秀的年轻人机会。
丁肇中在实验物理学家之中，那是犹如神一般的人物，因为他参与的大型实验就没有失败的。所以在美国，他说话非常有分量。到70年代末，我国开始打开国门与世界接触，然后由唐孝威带队，我国的一个科学家小组来到了德国电子同步加速器实验室，参加了丁肇中的MARK-J实验，就是最先丁肇中搞电子半径的那个实验室。这个实验室还在找电子半径，看看能不能搞得更加精确。丁肇中的实验团队是好多国家的科学家共同组成的，在实验过程中发现了胶子。以前讲过，电磁力是交换虚光子产生的，因为光子是寿命长，跑的远也没关系，因此电磁力作用距离很远。但是原子核里面的强力就不一样了。夸克间的作用力，就是靠传递胶子来完成的。胶子、介子这种普遍寿命都短，因此跑不了多远就不行了，因此强力是个短程力，范围很小。
唐孝威
现在有一个奇怪的问题摆在面前了，一个质子是是三个夸克组成的，夸克之间是靠胶子的传递强相互作用的，把大家黏在一起。可是这三种夸克很轻，胶子根本没有质量，加起来离质子的总质量差的远呢，加上希格斯机制产生的质量，也是微乎其微。剩下95%的质量跑哪去了？答案其实是能量！剩下的质量其实是由蕴含的能量表现出来的，能量和质量是一回事。最近科学家们用超级计算机模拟了质子、中子、原子核里面的状况，夸克和胶子的移动与相互作用是质量的大部分来源，从侧面验证了爱因斯坦的质能方程的正确性。已经过去100多年了，但是用量子色动力学来诠释质能方程总是遇到困难，现在这事总算是搞定了，知道E=mc^2是怎么来的。
后来我国的科学家还参加了欧洲核子研究组织的L3工作。L3这个加速器轨道长27公里，是正负电子对撞，能量高达1300亿电子伏特，目标是模拟宇宙大爆炸的状况。温度是太阳表面4000亿倍，也是宇宙诞生最初的1000亿亿分之一秒时的温度。用的磁铁是1万吨，探测器包括300吨铀，铀均来自苏联，要知道苏联玩核武器还是很厉害的。丁肇中是总负责人，这个项目由14个国家的460多位物理学家和600多位工程技术人员参加的实验，一共有４个巨型探测器，这些探测器不仅物理设计构思复杂新颖，而且好多所需的原材料都没有成品，必须自己做。为确保实验成功，丁肇中从领导科技人员研制探测器开始，便年复一年地在世界各地奔波，因为实验仪器都是在全世界各地做出来的。
探测器设计出来以后，丁肇中和他的合作者们首先遇到一个大问题，就是需要大量的锗酸铋晶体，这锗酸铋晶体从哪里来？当时丁肇中了解到前苏联有氧化锗，中国有氧化铋，上海硅酸盐研究所有可能研制出大量BGO晶体。BGO就是锗酸铋晶体，他当即飞往前苏联带上一堆氧化锗，然后再飞到上海，就直接帮助硅酸盐所研制出大量合格的BGO晶体。又如L3实验用的μ子探测器，它的主要部件是在美国的波士顿制造，激光校正系统在瑞士制造，强子能量探测器则由前苏联、中国和美国科学家共同设计。在它们研制过程中，丁肇中也倾注了大量心血。到最后L3实验一共发表了271篇文章，有300人获博士学位。实验结果可以用三句话来表达：
1、宇宙中只有三种不同电子。
2、电子是没有体积的，电子半径小于10^-17厘米。
3、夸克也是没有体积的，夸克半径小于10^-17厘米。
这是最简单的答案了，但显然那200多篇论文不可能只说这么少的内容，这只是简而言之。他们现在又在搞一个超大规模的加速器实验，这27公里的轨道不能白费，而且提出贝尔不等式的那个贝尔，他当时也在欧洲核子研究组织工作。这一天有个学生开着车，兴冲冲从巴黎赶来找贝尔。他是谁呢？请看下回分解。
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