由理论物理研究转到实验物理研究，丁肇中经历了他个人研究方向的重大转折，找到了科学研究的主攻方向，为他未来获得诺贝尔奖奠定了牢固的基础。
1．到加州做实验
丁肇中在密歇根大学物理研究所攻读博士学位，他顺利地度过了第一个学年，迎来了第一个暑假。
那一年，是他和凯薏结婚的第一年。他们结婚以后，两人没有陷入卿卿我我的缠绵之中，没有假期，没有蜜月旅行。这一对新人共同投入到对各自事业的追求之中。
结束了繁忙的第一个学年，夫妻俩在各自的研究领域里都取得了丰硕的成果，他们俩商量要利用暑假去旅游一番，去享受生活，享受爱情，打算补过一下他们的新婚蜜月，用短暂的休息洗去一年来学习、工作的劳累。
他们兴奋地在一起制定旅游路线，凯薏找来了名胜地图册，计划着在每一个景点的时间、住宿等，做着出发前的各项准备。在使用交通工具方面，两个人的意见出现了分歧，凯薏主张开汽车旅行，这样比较方便，而丁肇中则说骑自行车来得更惬意。
正当他们做好了各项准备，即将出发的时候，有两位物理学教授找到了丁肇中，问他是否愿意在暑假做一项带有实验性质的科研工作。原来，丁肇中在攻读博士研究生的第一个年头，他的才能就被马丁·蒲尔和琼斯两位教授看中了。
蒲尔教授对丁肇中说：“我们正在加利福尼亚从事一个实验，暑假需要一名助手，我们愿意付三百美元工资和来回飞机票。另外加上你们夫妻两人去加州的旅费和生活费用。”
丁肇中听到这个消息，显得很高兴，这正是他求之不得的机会。他对两位教授说：“我没有问题。不过，我还得和凯薏商量一下，再给你们答复。”
凯薏为假期旅行做了精心的准备，丁肇中怕这样做，会对凯薏造成心情上的不愉快。哪知他和凯薏一说，凯薏也欣然同意，说今后旅游可以再找机会的。
这样，两人放弃了暑假的旅游机会，收拾好行李，来到了从未到过的加利福尼亚州。
到了加州以后，丁肇中立即投入了物理实验研究之中，这时，凯薏充当了他的助手。
丁肇中设计实验程序，安装实验器具，而凯薏则负责安排两人的生活。在丁肇中忙的时候，她还帮助摆放实验设备，观察实验过程，抄写实验数据。凯薏从和丁肇中结婚开始就为丁肇中的科学实验工作充当了好后勤的角色。
由于两位教授对丁肇中很信任，放开手让丁肇中做各项实验，因而丁肇中在实验中充分显示了自己的才能，从头到尾独立担当了实验的全过程。
丁肇中后来回忆这段经历时说：“我很幸运，那两位教授不大管我，我没有依赖，什么都要自己动手，所以学得很快。当然我要工作得很勤奋，我一直对自己的工作十分有兴趣。”
丁肇中这个暑假虽然没有去旅游，但他认为过得很有意义，比旅游过得更充实，而且收获很大。只是，他觉得有点委屈了凯薏，当他为此事向凯薏表示歉意时，凯薏微笑着说：“这也是我同意的。”言语中表现了对丁肇中的理解和支持。丁肇中这次在加州进行的科学实验，对自己是个很好的锻炼，培养了自己的能力，积累了不少的实验数据，取得了预期的实验效果。后来，他把这些实验的数据，写成了四篇论文，发表在美国很有影响的《物理评论通讯》杂志上，它们是：
《π介子———质子在3、4、5GeV／c的强性衍射散射》；《高能物理中薄板火花室的运用》；
《在3GeV／c和5GeV／c之间的π介子———质子的弹性散射》；《π＋p？p＋d反应证据及某些研究有效（或虚）核子交换过程的方法》。
这些反映基本粒子实验方面的论文，发表后引起了物理学界的重视，特别受到加州大学柏克莱分校的好评，并给予充分的肯定。
丁肇中这次暑假的科学实验工作，使他步入了实验科学的领域，并且初步显示出了他杰出的才能。他自己可能也没有料到，他已经和基本粒子的研究结了缘，那些没有露面的基本粒子在暗中正偷窥着他，等待他去发现它们，把它们从物理科学的浩瀚的海洋中发掘出来。
2．乌伦伯克教授的话
丁肇中顺利结束了在加州的科学实验，在新学期到来之前，和凯薏一起回到了密歇根大学。
他难以忘怀和两位教授分别的情形。实验结束后，琼斯和蒲尔举办了一个小小的庆祝宴会，两位教授举杯向丁肇中和凯薏夫妻两人祝贺，赞扬了丁肇中的实验取得圆满成功，希望今后有机会再次合作。
席间，两位教授流露出挽留之意，蒲尔教授对丁肇中说：“你如果留下来搞实验物理，获得博士学位，一般是不成问题的。”
听了蒲尔教授的话，丁肇中陷入深深的沉思之中。回到密歇根大学以后，丁肇中仍然在苦苦地思索着这个问题，心中充满了矛盾。
物理学界有两种物理学家，一种是理论物理学家，一种是实验物理学家，一种科学发现或发明的诞生，一般由理论物理学家在前人研究的基础上提出理论，做出假设，然后由实验物理学家经过实验去证实，确定理论的正确性，这样就把物理学的研究向前推进一步，到了一种新的层次、新的境界。
在物理学的研究中，有的人偏重于理论性研究，有的人偏重于实验性研究。
在当时，许多美国青年都热衷于理论物理的研究，大多选择理论物理的研究专业。在美国的中国留学生中也有许多人在攻读理论物理，想跻身其中，取得一鸣惊人的成就，从而在物理学界站稳脚跟。
丁肇中在中学时代就对理论物理的研究感兴趣，来美国留学以后，他也一直把理论物理的研究当做自己的主攻方向，阅读了许多理论物理学书籍，一直做着理论的计算。
现在，蒲尔教授鼓励他进行实验物理的研究，他该怎么办呢？如果转到实验物理的研究上来，他就要放弃理论物理的研究，而自己在这方面倾注了大量的时间和心血；如果还进行理论物理的研究，自己这项终生为之奋斗的选择是不是明智的、正确的呢？他的决心发生了动摇，他在这个人生重要的十字路口徘徊起来。
丁肇中所在的密歇根大学，是一所著名的大学，这所学校里有不少世界有名望的物理学教授，如丁肇中的导师、电子自旋发现者乔治·乌伦伯克教授，凯斯教授和拉波特教授等人。这些教授具有远见卓识，在物理学领域里站在科研的前沿，洞悉世界各国的物理研究状况，有着渊博的知识，他们带出来的研究生遍布欧美大陆，有不少已经卓有建树。
丁肇中在密歇根大学师从这些教授，他的学业和科研精神，获得了这些老教授的好感，他在这些教授的指导下，正一步一个脚印地取得稳定的进步。
丁肇中决定求助于他的导师们。
著名的实验物理学家乔治·乌伦伯克教授仔细地倾听了丁肇中的想法后，他微笑着对丁肇中说：“如果我能从头干起，我就做实验，因为一名普通的实验员很有用，而一名普通的理论物理学家却一点用也没有。在理论物理的领域里，只有极少数理论家是重要的。但在做实验时，不论你做点什么都是一种贡献。”
说到这里，乌伦伯克教授看了看丁肇中的表情，又一针见血地对他说：“假如你想做一个理论物理学家，你一定要极出色才有用，一个普通的理论家简直毫无用处，但一个普通的实验家却可以有些贡献。很多有志于科学的中国人不愿做实验，而要做理论，这样的选择是值得怀疑的。”
乌伦伯克教授是世界闻名的实验物理学家，他治学严谨，为人随和，尤其肯提携青年学生。他的一番肺腑之言深深地打动了丁肇中的心灵，使他心中的天平的指针产生了倾斜。
丁肇中想，自己开始选择理论物理的研究，是具备这方面的能力的，但搞理论物理的人很多，自己具备这方面的能力，有研究理论物理的优势，并不一定就能取得出色的研究成果。如果自己转入实验物理的研究，是不是也可以导致理论物理方面的某些突破呢？
他渐渐地有了新的思路。过去都由理论物理创出理论，由实验来加以验证，难道不能把这一顺序颠倒过来，由实验来导致理论的产生吗？
丁肇中是一个思维非常敏捷、非常活跃、非常独特的科学工作者，他在科学探索的道路上，善于总结前人的经验，找出别人的得与失，从而寻找出适合自己的方法来。现在，他又打算在实验物理的研究上走出与众不同的道路来。
他的想法得到了乌伦伯克教授和凯斯教授、拉波特教授等人的支持。
中国有句古话：“名师出高徒。”说明徒弟在求学过程中得到名师指点的重要性。
名师站在科学发展的最前沿，他们随时注视着科学研究的新形势，注视着新动向。他们掌握着科学领域中新的情报信息，对相邻学科也给予关注，具有预见的眼光。
丁肇中正是在关键的时刻，经过乌伦伯克这样的世界著名科学家的指导，才使他在攀登物理科学的高峰时，选择了一条最近的道路，因而使他遥遥领先于其他许多攀登者。
3．在哥伦比亚大学
1962年，丁肇中在密歇根大学提前获得物理学士学位。他学有所成，即将步入社会，以自己的学识为社会服务。
丁肇中由于学习成绩突出，科研上已初露锋芒，他的才华引起美国物理学家的注意，很多地方都邀请他去工作，他面临着对工作的困难抉择。
鲁彻斯特大学对他最热情，愿给他助理教授的头衔，聘请他去从事教学和科研工作。但是，丁肇中没有去应聘这个高职务，他把目光投向了哥伦比亚大学。
哥伦比亚大学是美国一所著名的大学，这所学校历史悠久，名人云集，科研基础雄厚。著名美籍华人、诺贝尔奖金获得者杨振宁博士，著名实验物理学家、美国物理学会会长吴健雄博士等都在该校教学并做研究工作。这对丁肇中极有吸引力。
哥伦比亚大学尼文斯实验室需要研究助理，这一职位只相当于讲师的待遇。但丁肇中目光远大，他不在乎眼前的待遇，他要在名人手下工作，尽快练硬自己的翅膀，早日实现在蓝天中自由翱翔的愿望。
他决定去哥伦比亚大学的另一个原因是，他母亲的墓地就在距哥伦比亚大学不远的地方，丁肇中一生受其母亲影响最大，也最孝顺母亲。他想在距母亲安息地不远的地方工作，可以随时凭吊瞻仰。
他决定去应试。
哥伦比亚大学的门槛是难以迈过去的，它素以物理方面的研究而闻名世界，录用人才必须经过严格的考试。主持面试的就是著名的诺贝尔物理学奖获得者杨振宁教授。
应试的大厅里坐满了报名者，有男有女，有美国学生，也有外国留美的学生，有白人，有黑人，也有黄皮肤的人，他们一个个面色严肃，在紧张地等待着叫到自己的名字。
通向小厅的门紧闭着，那里正在进行着严格的面试。被叫进来的学生坐在杨振宁教授的对面，在回答杨教授提出的一个又一个问题。尽管他们为这次面试做了精心的准备，还是有不少学生在连珠炮似的提问面前卡了壳。有的紧张得脸色苍白，手心里攥出了汗，回答得结结巴巴的。遇到这样的学生，常常是几个问题问下来，便被打发走人。杨教授面色和善，语气温和，但问的问题宽泛、深刻，他在选拔人才方面是毫不留情的。
杨教授的助手不断打开小厅的门，喊着一个个名字，大厅里的人越来越少了。丁肇中仍然神态自若地坐在那里，耐心地等待着这次面试，他的心中充满了必胜的信念。当叫到他的名字时，他站了起来，整了整自己的衣襟，从容不迫地走了进去。
他在杨振宁教授的对面坐下，怀着平常心对待这次应试，并不显得紧张。他对提出的几个问题一一作了回答，语气稳健，回答圆满，杨振宁教授显然很满意。
丁肇中顺利地通过了这次面试，被杨振宁挑中，来到哥伦比亚大学尼文斯实验室，担任研究助理，参加了一个科研项目的工作。
他在杨振宁手下工作，亲耳聆听到这位物理大师的亲切教诲，又得到世界实验物理大师吴健雄博士的指点，这使他受益匪浅。强将手下无弱兵，他的同事们也都是经过挑选的经验丰富的实验物理工作者。丁肇中在这个环境里工作，他精神非常愉快，虚心求教，拼命工作，进步很快。
一天，丁肇中像往常一样，活跃在实验室里，他在昨天发现了一个异常波动，今天，他要进一步验证这个波动是不是真的存在。他聚精会神地盯着荧光屏，搜寻着每一个异常点，不断地给设备加压，他终于又发现了这个异常的波动。经过一次又一次的验证、分析，他最后确定，他是发现了重氢离子。