出生在美国密歇根州的安娜堡,他的父母本想让他出生在中国,不过当他父母在访问美国的时候,他提前出生了,所以,丁肇中成了美国公民。
在出生两个月后丁肇中随父母回到中国。由于中国那时是在战乱时期,丁肇中童年没有接受到传统的教育,他12岁之前,主要由他的父母在家里教育他。
他12岁到了台湾,经过不到一年刻苦努力的学习,以优异的成绩考入了台北市成功中学。一年后转学到建国中学读书。1955年高中毕业后,丁肇中考进台南市国立成功大学机械工程系。后来,他前往美国密歇根大学修习工程学、数学和物理学。1959年,获得数学和物理学学士学位。1962年获得物理博士学位。1963年,他获得福特基金会的奖学金,到瑞士日内瓦欧洲核子研究中心(CERN)工作。
1964年起丁肇中开始在美国哥伦比亚大学工作。1965年成为纽约哥伦比亚大学讲师。1967年起任麻省理工学院物理学系教授,1969年任教授。1977年起任托马斯·达德利·卡伯特讲座教授。1970年任美国物理协会粒子和场研究项目顾问,并任《核物理通报》副主编。
1975年当选美国艺术与科学学院院士。他研究方向是高能实验粒子物理学,包括量子电动力学、电弱统一理论、量子色动力学的研究。他所领导的马克·杰实验组先后在几个国际实验中心工作。
1974年,丁肇中实验组发现了一个质量约为质子质量3倍(质量为3.1×109eV)的长寿命中性粒子。在公开发表这个发现时,丁肇中把这个新粒子取名为J粒子,为此,丁肇中获得1976年诺贝尔物理奖。
到目前为止,丁肇中在学术上的主要贡献有:(1)反氘核的发现;(2)25年来进行了一系列检验量子电动力学的实验,表明电子、μ子和τ子是半径小于10~16厘米的点粒子;(3)精确研究矢量介子的实验;(4)研究光生矢量介子,证实了光子与矢量介子的相似性;(5)J粒子的发现;(6)μ子对产生的研究;(7)胶子喷注的发现;(8)胶子物理的系统研究;(9)μ子电荷不对称性的精确测量,首次表明标准电弱模型的正确性;(10)在标准模型框架内,证实了宇宙中只存在三代中微子。
2013年4月3日,诺贝尔奖获得者、华裔物理学家丁肇中及其阿尔法磁谱仪项目团队宣布的成果,让人类在认识暗物质的道路上迈出重要一步。丁肇中团队借助阿尔法磁谱仪已发现680万个正电子,这些正电子可能来自人类一直寻找的暗物质。
2014年10月18日受聘为中国科学院大学名誉教授。
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