如果沒有碳十四定年技術的支持，要想進行遠古文明的準確斷代，幾乎是不可能的。正因如此，夏商周斷代工程在啟動之初，就將碳十四定年技術列入工程項目之中，並將這門技術視為工程成敗最為關鍵的項目之一。
放射性碳元素的革命
碳十四年代測定技術又稱放射性碳元素斷代技術。自一九五○年這項技術發明以來已成為現代考古學應用最為廣泛的一種測定年代的方法，這種技術應用於考古學之後，使全世界的史前年代學研究進入了一個嶄新的階段。為此，學術界將碳十四定年技術的發明和應用稱之為放射性碳元素的革命。
放射性碳元素（碳十四）斷代技術看上去既複雜又簡單，其基本原理是：當各種宇宙射線與地球外層大氣撞擊，產生了中子，中子又與大氣中含有的氮（氮十四）發生核反應，從而產生了放射性碳元素（碳十四），碳十四與氧結合變成二氧化碳並牢固地混合於空氣的二氧化碳中。在地球上生存的植物透過光合作用，會不斷地從大氣中吸收包括碳十四在內的二氧化碳。由於人和動物都直接或間接地依賴植物生存，因此所有生物體內部都含有碳十四，並且這種碳十四的濃度與當時大氣中碳十四的自然濃度維持著一種平衡關係。但是，生物體一旦死亡，有機體與大氣之間的循環交換立即停止，體內殘留的碳十四便不再有新的補充，只能按衰變規律減少。按照已知的衰變規律，科學家精確地計算出，碳十四的半衰期是五七三○年。因此，無論是植物還是動物，當有機體死亡之後，只要測出標本中碳十四減少的程度，就可以推算出其死亡的年代。換言之，一切死亡的生物殘體中的有機物以及未經風化的骨片、貝殼等都可能以碳十四來測定具體年代。
一九四九年三月，美國《科學》雜誌公布了第一次利用放射性碳元素測定的年代數值時，立即引起了整個考古學界與地質學界的矚目，並對創始人無比敬佩。
放射性碳元素定年技術的創始人里比（W•F• Libby，一九○八至一九八○）教授，早年在美國著名的柏克萊實驗室從事開創性的放射性研究工作，他是美國最先設計製作蓋革︱米勒計數器和BF3計數管的人，從而發現了許多放射性元素。一九三六年里比就敏銳地注意到，科學家卡門利用加速器粒子轟擊，發現並分離鑑定出放射性碳元素碳十四這項研究成果。
一九三九年，另一位科學家柯夫精心研究宇宙射線和大氣的相互作用，探測了次級宇宙射線中子，同時指出宇宙射線中子的最終產物是碳十四，並計算出自然的產生率為每秒每平方公分○•八個時，里比對這項研究高度關注，並與柯夫合作了一段時期。就在這時，里比的腦海中已形成了要利用自然來測定古物年代的偉大構想。第二次世界大戰期間，里比前往哥倫比亞大學，參與並解決了熱擴散濃縮鈾同位素技術中的關鍵問題。
第二次大戰結束後，里比出任芝加哥大學教授，開始將他心中醞釀已久的偉大構想付諸實施。在這段過程中，他首先從理論上證明自然界中碳十四的普遍存在並達到平衡狀態的真實性，同時從實驗中提煉出碳十四。剛開始，里比對研究目的還守口如瓶，祕而不宣，但為了尋求經費支持，經過再三考慮，他於一九四六年耶誕節晚會上將目的透露出來。消息傳到考古學界，立即引起了具有遠見卓識的維金基金會主持人的重視並主動提供了研究基金。在這筆豐厚資金的支持和眾多考古學家的鼓勵下，經過三年的努力，里比終於順利地解決了碳十四年代測定的理論和實驗問題，成功地創建了碳十四年代測定方法，並逐漸為考古學界、地質學界所接受。從而成為確定舊石器晚期以來人類歷史年代的有力工具。里比也因此榮獲了一九六○年諾貝爾化學獎。
隨著時間過去，碳十四定年技術在考古界和地質界取得了一系列令人矚目的成果，它使全世界幾萬年來的歷史事件和地質事件有了統一的時間標準，對歐洲史前年代序列的建立起了革命性的作用，世界各地的新石器時代考古學也因有了確切年代斷限和年代序列而進入了一個新時代。如美洲最早的文化遺跡，原考古學界、地質學界大都認為具有二萬五千多年的歷史，經碳十四技術定年之後，發現距今只一萬年左右，也就是說在這個歷史時間段中，美洲才有人類開始文化活動；北美洲和威斯康辛冰期的曼卡托分期年代的情況也與以上基本相同。考古、地質學家原本認為是發生在二萬五千年以前的事，後來透過對冰期堆積層中提取的五種樹木標本做碳十四測定，其年代也只有一萬一千年左右。於是有科學家據此推斷，美洲的最初殖民，是在冰河北退後，由亞洲經白令海峽遷移過去的，因為北美洲的這最後一次冰河的最後一分期和歐洲北部屬同一個時代，後者的年代曾被定年所證實，這個問題的解決，無論是對史前考古學還是地質學而言，都是一極其重要的大事。
關於日本新石器文化的開始問題，有學者認為可以早到西元前三千年以前，但經過定年並沒有如此之長。另外還有一個奇例是，廿世紀上半葉，日本人大賀一郎在中國遼寧省大連市普蘭店河畔一個古代沼澤泥碳層中發現了幾十粒蓮子，當時認為這個泥碳層可能屬第四紀更新世時代在一萬年之前。後來大賀一郎曾設法使他得到的蓮子發了芽，整個學術界為之轟動。因為歷史如此久遠的蓮子居然在泥濘中埋藏萬年之後還能發芽，這不能不說是個奇蹟。但後來經過碳十四的測定，大賀一郎發現的蓮子距今不過一○四○年左右；在這個時間段之內，蓮子發芽當然讓人驚喜，但和以前認為的萬年比起來，就不免讓人感到有些失落。
當然，碳十四定年技術也不是盡善盡美和絕對的，它有自身難以克服的局限性，這個局限性主要表現在所測定的年代並不能精密到可以確定哪一年，甚至所測定的誤差有一○○年甚至幾百年之大。這誤差的出現，一方面和標本的年代遠近有關，年代越遠當然誤差也就越大。另一方面也和標本的純粹程度、實驗時間的長短有關。如果標本受到污染或混入時代較近的有機物，縱使如草根的殘絲、細菌的粒點，都會影響到碳十四定年的準確度。如果地層不清楚，所採用的標本整個是近代的東西，那麼所測結果自然也就和期待的資料大相逕庭。如果在實驗中計數的時間拉長，誤差也可相對地減少。
特別值得一提的是，由於各種原因，過去大氣中的碳十四放射性水準不是恒定的。所以，利用統一的現代碳標準計算出來的碳十四年代並不是日曆年代，只能稱為碳十四年代。如何解決碳十四年代與日曆年代間的關係，並把碳十四年代轉換成日曆年代，這就要透過碳十四年代樹輪年代校正曲線來進行校正。
眾所周知，樹木都是春長秋止，於是在樹幹截面上就形成疏密相間的年輪，輪與輪之間的距離稱為輪距。樹木的年輪自然地反映著樹木逐年生長的樹齡，如果找一段木頭截面仔細觀察，便發現一圈圈年輪的輪距並不均衡，而是時寬時窄，無一定的規律。這種原因和狀況是由於水旱等氣候條件造成的，如果某年氣候溫暖多雨，樹木生長快，當年的輪距也較大。反之，若某一年乾旱少雨，氣候乾燥，樹木不易生長，輪距也自然要小一些。這個現象體現在同一地區相同的氣候條件下，同時生長的樹木之中，其輪距的寬窄程度就更加接近和相同。又由於地球的氣候變化每年都有不同，所以無論是樹木生長百年還是千年，其輪距也不會機械而整齊地重複。因此可以說樹木輪距的寬度狹序列是紀錄其生長期間氣候變化情況的圖譜，這個圖譜也是一部天然的氣候編年史。
如果要根據樹木的輪距來判斷它生長的年代，首先必須要建立該地區的標準輪距序列，建立這種序列最有效的方法，是不同時間段輪距的銜接。例如有幾棵依然存活的千年大樹，根據它們的年輪情況就可以建立起一千年之內的標準輪距序列。在這個標準序列的基準上，再繼續向前找，譬如找到了一棵有七百年歷史的古木，而這棵古木的外圈輪距其中有二百圈和已知的千年大樹的內層輪距序列相同或相似，就可根據已經建立起來的原一千年的標準序列確切地定出這棵古木的砍伐年代，即七百減二百等於五百年，再由一千加五百等於一千五百年。如此一來，就建立起一個一千五百年的標準輪距了。以同樣的方法向前推進，標準輪距的序列就會越來越長。其銜接的方法如圖所示：
這種樹木輪距銜接的方法既簡單又複雜，複雜的原因主要是標本和蒐集極其不易，但科學家們還是為此做出努力，也取得了很大的成果。如美國學者根據加利福尼亞地區長壽的刺果松，以及數百個考古遺址出土的木材，已銜接出從一萬年前到現在的完整樹幹編年系列譜。除美國外，歐洲一些國家也建立了當地某些年代範圍內的標準序列。從理論上和實際結果看，這些標準系列的年譜與日曆年相吻合，其精確度可達幾年，甚至一、二年。
當然，樹木年輪斷代法也有一些局限，如對偽年輪或缺年輪的識別、樹種的挑選、輪距序列的互較、某些樹木的特殊生長環境以及地區環境、氣候的差異等，都是造成實際操作中出現誤差的原因。但如果把碳十四年代和樹輪年代校正曲線來進行校正，誤差就小得多。因為樹木每年生長一輪木質。每一輪木片的碳十四放射性水準代表了當年的大氣碳十四放射性水準。樹輪是可以清數的，它的年代同日曆年代相當。樹輪的碳十四年代可以透過測定得出。把樹輪的碳十四年代作為縱座標，而把樹輪生長的年代作為橫座標，就可以得出一條碳十四年一樹輪年代的校對曲線。透過這條曲線就可以把測定樣品的碳十四年代轉換為日曆年代。這就是一般所說的碳十四年代的樹輪年代校正。
一九八六年第十二屆國際碳十四會議上發表了幾條高精確度樹輪年代校正曲線，碳十四年代誤差縮小到只有上下十多年。幾條曲線稍有差異，但總的趨勢基本上是一致的。這就更有利於把碳十四年代校正到日曆年代。因為大氣中的碳十四交換循環相當迅速，因此樹輪校正曲線原則上可以全球通用。如日本奈良古墳時期土墩墓中的一根木頭，外皮保持完好，將其樹輪連續取樣測定碳十四年代，與高精確度樹輪校正曲線匹配擬合，確定出木頭的砍伐年代是介於西元三百一十五年至三百二十五年間。這與古墳時期是相合的。如果木頭砍伐的年代同該墳的建造年代一致，則該墳的年代就十分確定了。
苦難的歷程
一九五○年代初，當里比教授創建的碳十四定年方法獲得成功並震撼了整個西方考古學界和地質學界之時，中國對原子能的和平利用仍是一片空白。一九五五年，社會主義國家陣營中具有盟主地位的蘇聯，基於多方面的考量，在同年一月的蘇聯部長會議中決定通過、並發表公開聲明：幫助中國和其他幾個社會主義國家研究和平利用原子能的問題。這個聲明的發表，自然引起中國各界高度重視，許多報紙、雜誌都紛紛撰文介紹和宣傳放射性元素在工業、醫學、生物學和其他科學上的應用。但是，對放射性元素在考古學上的應用，卻鮮有媒體報導和介紹。
面對這種情況，時任中國科學院考古研究所副所長的考古學大師夏鼐，首次以標題為《放射性同位素在考古學上的應用放射性碳素或碳十四的斷定年代法》的文章，發表在《考古通訊》一九五五年第四期，向學術界介紹放射性元素在考古學上的應用。自此，中國考古界對這項最新科技方法有了認識和瞭解。與此同時，根據國內、外的科學發展趨勢，夏鼐開始醞釀在中國建立碳十四實驗室。經過一番波折之後，一九五九年，在夏鼐的策劃下，從中科院物理研究所調來年輕的物理學家仇士華、蔡蓮珍夫婦，到考古所正式籌建中國第一個碳十四實驗室。
仇士華，一九三二年生於江蘇如皋一個中產階級的農民家庭，一九五一年考入浙江大學物理系。學習物理是仇士華年少時代的愛好和願望，進入浙大之後，他被選為系學生會主席、班長，不到半年，又加入了共青團。一年之後，隨著國家高校的院系調整，浙江大學變成了工學院，上海復旦大學成為文理綜合性大學，於是仇士華隨浙大物理系遷往上海，又成為上海復旦大學物理系的學生。一九五五年畢業後，他與同班女同學蔡蓮珍一起被分配到中國科學院物理研究所工作。
當時的中科院物理所，實際上是隱蔽的原子能物理研究所，是不可對外宣傳的機密單位，所長由著名核物理學家錢三強擔任。對仇士華和蔡蓮珍而言，能夠進這樣一個屬於國家政府極其重視又嚴格保密的單位，使他們從心底深處萌發出一種自豪和光榮感，並對未來的事業抱持莫大的希望。
誰知好景不長，正當仇士華、蔡蓮珍到物理所不到兩年，滿腔的報國熱情正在升溫之時，全國性的反右整我運動開始了。如同那個時代大多數知識份子一樣，仇士華憑著一顆真誠、率直和天真，向運動和組織者提出了三項意見。
他提出這三項意見之後，令運動組織者大為光火，立即決定將他劃成右派。當時已經和仇士華結婚的蔡蓮珍也跟著被劃成右派。不久，仇士華夫婦隨物理所部分人員下放到河北省占皇縣農村生產隊勞動改造。
一九五八年，由於中國準備發射衛星，許多技術上的事需要解決，在人手缺乏的情況下，經有關方面批准，原屬物理所的仇士華、蔡蓮珍和其他科學家於同年十一月被召回北京，從事衛星發射過程中部分科學研究儀器的製造。回物理所工作二個月後的一九五九年一月，仇士華、蔡蓮珍來到考古所，開始了新的人生之路。
面對新的工作環境和即將重新開始的新的事業，仇士華、蔡蓮珍興奮不已，但又令他們感到沮喪的是，夏鼐明確表示，籌建國內第一個碳十四實驗室，大家都沒有經驗，只能邊學邊幹，獨立完成。需要錢可以由所裡給，但需要的一切機械儀器都必須自己想辦法解決。面對可以想像的困難和挑戰，仇士華、蔡蓮珍明白既然來了就不能退縮，面前只有一條路，那就是狠下心來想盡一切辦法，建成這個在中國科技考古史上具有非凡意義的碳十四實驗室。
在夏鼐的指導下，仇士華、蔡蓮珍先找來碳十四定年技術的創始人里比所著的經典著作《放射性碳元素測定年代》一書學習研究，待真正弄清了其原理和測試方法之後，便根據大量參考資料開始進行機械設備的組裝工作。由於所需儀器特殊，在國內無法買到，當時又不可能靠國外進口，只有從零開始，自己動手設計、加工、組裝。仇士華、蔡蓮珍憑藉所學知識和在物理所工作的實踐經驗，先是研製了探測器，再利用無線電零件裝配測量儀器，及其他的小型電器零件、如變壓器、玻璃管等，能買的買，能造的造，為節省經費，所需鐵片則跑到廢品回收站挑選。經過四年的艱苦努力，於一九六二年完成了全部設備的組裝工作，再經過近三年的調試和改進，中國第一個碳十四定年實驗室終於在一九六五年正式誕生了。
碳十四定年實驗室建成後，立即投入到考古學的應用之中，為檢驗碳十四定年實際效果，仇士華自田野考古拿來四種樣品進行盲檢（事先不說明出土地點和推定年代），測試結果分別為商代早期、戰國早、晚期、漢代四個時間段，具體年代基本上與考古學家的估計相同。有了這次小小的成功，仇士華、蔡蓮珍信心倍增，接著又請不同的考古學家拿來十種樣品進行盲檢，由於一個樣品需要連續四十八個小時測試，仇士華夫妻二人便日以繼夜地堅守在實驗室謹慎而精密地操作。十種樣品全部測完時，蔡蓮珍的雙腿已紅腫得難以走路了。儘管如此，夫妻二人還是精神振奮，欣喜異常。因為測定結果除一、二種外，其他幾種依然與考古學家所估計的年代相近。這十四種樣品的成功測定，標誌著中國碳十四定年技術在未來的考古學、地質研究領域可以大顯身手，發揮自己獨特的威力和作用了。這個結果在讓考古學界感到由衷高興的同時，也讓仇士華、蔡蓮珍兩位科學家為之深深感動。
正當考古所主管和仇士華等人決定在此成果的基礎上乘勝追擊，測定更多樣品時，文化大革命爆發了，碳十四定年計畫自然也跟著流產了。
一九七○年，夏鼐、仇士華等考古所大多數科學家被發配到河南信陽地區息縣一個農村進行勞動改造，之後又發配到明港一個軍營集中起來相互揭批五一六反黨集團。在這座軍營裡，剛剛擺脫了肉體折磨的知識份子又遭遇了更為殘酷的精神折磨。一九七一年，隨著形勢好轉，時任國務院副總理兼中科院院長的郭沫若向當時的總理周恩來報告，請求中國出土文物出國展覽和在文革早期被停止的《考古學報》等三種學術雜誌重新復刊，周恩來很快地批准。為了讓出土文物在國外成功展覽，也為了早日將下放農村和軍營的科學界眾多的知識份子從嚴酷的困境中解放出來，郭沫若曾以工作為由，想了許多辦法，使一批又一批的學者擺脫了厄運，重新回到工作崗位上。
在仇士華等碳十四定年科學家回京的問題上，郭沫若以出國文物沒有具體年代為由，請求調回所有碳十四定年實驗室的人員，以便盡快測定出年代。這個請求經過周恩來批准後，仇士華、蔡蓮珍等人於一九七一年八月離開河南軍營，重返工作崗位，開始修檢安裝損壞的儀器，並投入碳十四定年工作。一九七九年，仇士華、蔡蓮珍戴在頭上長達廿二年的右派帽子經有關部門批准後被摘掉。再之後，考古所碳十四定年實驗室捷報頻傳，幾千個考古、地質年代資料被相繼測出。如舊石器晚期文化問題，從前對北京周口店山頂洞人的年代說法不一，大多數學者估計距今約有十萬年左右。但經過碳十四定年，發現只有一萬九千年左右，這個巨大差距是古人類學家在當時無論如何也無法瞭解的。正是由於這些令人矚目的成果，從而使中國不同地區的各種新石器文化建立起一個時間關係的架構，同時也使中國的新石器考古學，因有了確切的年代序列而進入一個新的研究時期。
二里頭文化的界定
有鑑於碳十四定年技術在考古學研究中所發揮的獨特而巨大的作用，所以，在夏商周斷代工程計畫之初，就對定年技術寄予厚望，並提出很高的要求，大有成敗在此一舉之勢。按照工程專家組制定的計畫，碳十四定年技術專門成立了一個課題組，組長由工程首席科學家仇士華擔任，除了考古所碳十四實驗室之外，北京大學考古系碳十四實驗室和北京大學技術物理系加速器質譜儀（Accelerator Mass Spectrometer，AMS）實驗室也同時開展工作，以保證測定年代更加精確。
按照工程的要求，碳十四定年技術的目標是，在原有夏商周考古成就的基礎上，把田野考古的層位和文化分期的相對年代關係轉換為精確度較高的絕對日曆年代，同時確定與夏商周有關的某些關鍵事件的時間標誌點，從而建立起夏商周三代的年代架構。整個操作程序如下：
一、採集與考古層位和文化高度相關的含碳樣品。
二、測出精確可靠、誤差符合實際的碳十四年代資料。
三、充分應用考古資訊，將有先後時序的系列碳十四樣品資料，透過高精度校正曲線轉換，定出考古內涵的日曆年代。
四、由碳十四定年專家和考古學專家共同討論，建立夏商周考古的碳十四年代架構。
五、用歷史文獻、天文研究的結果和金文曆譜的研究等作綜合交叉研究，共同建立夏商周三代年表。
從以上的操作程序中可以看出，碳十四定年技術應用於夏商周斷代工程，在一定意義上不能不說是一種具有開創性新的新思路和新方法。在過去幾十年裡，都是由田野考古工作者提供樣品，碳十四實驗室測出資料就算完成了任務，這個操作過程的缺陷是，定年專家和考古學家缺乏深入溝通，對誤差出現較大的原因也少有深入的分析研究，從而使定年和考古雙方的學術成就受到局限。但這次就明顯地有所不同，田野考古學者不僅要提供遺址樣品，還要按照系列樣品的要求提供考古資訊。而碳十四定年方面的專家測出的資料要精確、可靠，出現的誤差也要符合實際。當這些工作完成後，還要與樹輪校正曲線擬合匹配，所有這一切，都促使考古學家和定年專家必須改變原有觀念，重新學習和加深理解與溝通，只有如此緊密配合，才能看到預期的結果。
就中國的碳十四實驗室而言，儘管繼考古所之後又有數個科學研究單位陸續建成了四十多個實驗室，但能開展工作的只有廿多個，其整體水準跟國際相比還有不小的差距，這個差距當然主要來自設備儀器的相對落後。所謂科技考古，主要取決於科技的先進程度，沒有先進優良的裝備，要取得世界一流的水準是不可能的。
有鑑於此，夏商周斷代工程開始之初，就注意到非改進定年技術裝備，否則無法達到預期的目的。於是，工程領導小組決定，將整個工程課題的一半經費用於購置定年技術的各種先進裝備，這樣就從根本上解決了擬投入工作的三個實驗室設備儀器老化、落後的問題，使高精度測定成為可能，並在夏商周斷代工程中發揮前所未有的作用。當先進的儀器在碳十四定年實驗室配置後，定年專家進行了一系列實用程式編制、樣品瓶試製、生產、淬火效應校正等工作，最後測試精度達到了千年之中誤差為廿年左右（非日曆年代）的國際水準。
從一九九八年開始，中國社科院考古所（和生物物理所合作）和北京大學考古系等兩個碳十四實驗室分別進入穩定測試軌道，這代表著建構夏商周斷代工程三代年代整體架構的關鍵性工作由此正式開。
根據工程領導小組的分工，工程首席科學家仇士華在主管整個碳十四定年課題外，還兼管考古所碳十四實驗室的具體事宜。而北京大學考古系碳十四實驗室則由陳鐵梅負責。
陳鐵梅，一九三五年生於上海，一九五二年考入北京大學物理系，後赴前蘇聯列寧格勒大學物理系留學，一九五九年畢業回國，一九六二年由大連工學院調北京大學原子能（技術物理）系任教，一九七三年調考古系創建考古年代實驗室，任考古系教授和實驗室主任。陳鐵梅是中國科技考古的創始人之一，從一九七○年代初開始，長期致力碳十四、鈾系及電子自旋共振定年工作。夏商周斷代工程開始前，他已被選為中國科技考古學會副理事長、德國考古研究所通訊院士，在中外科技考古領域具有廣泛的影響力。
按照碳十四定年的操作程式，首先要解決如何正確採集系列樣品的問題，這些樣品和必要資訊的來源，主要由田野考古學家提供而取得。定年專家經過和工程專家組研究，在工程所涉及的大量考古遺址中，選擇了鄭州商城、偃師商城、二里頭、小雙橋等十多個關鍵性遺址作為測度重點，要求每個遺址按照不同的考古學地層關係，提供卅至六十個採集樣品以供檢測。當然，如果各方面條件允許，每個遺址的採集樣品則是多多益善。為了盡可能做到準確無誤，除採用原考古發掘時所出標本外，仇士華、陳鐵梅等碳十四定年專家另又親赴二里頭、偃師商城、鄭州商城等遺址，和考古學家一起進行小規模試掘，從中提取對定年研究最具典型性和代表性的樣品。當樣品採集工作完成後，碳十四定年專家根據有關田野考古發掘報告和樣品清單，進行選擇、排比，然後按計畫分別測定，再經樹輪曲線校正得出結果。
以上提及的兩個實驗室對二里頭遺址採集的系列含碳樣品進行碳十四年代測定、擬合，並與考古分期成果相互整合後，所推定的二里頭文化一至四期年代範圍見下表：
二里頭遺址分期與常規碳十四定年數據：
一期；採獸骨、木炭等樣品二件；擬合得其年代區間介於西元前一八八○年至前一八○○年。
二期；採獸骨、木炭等樣品九件；擬合得其年代區間介於西元前一七四○年至前一五九○年。
三期；採獸骨、木炭等樣品三件；擬合得其年代區間介於西元前一六一○年至前一五五五年。
四期；採獸骨、木炭等樣品四件；擬合得其年代區間介於西元前一五六四年至前一五二一年。
由上表可以看出，一直爭論不休的二里頭遺址的年代範圍是西元前一八八○至一五二一年，其時間跨度為三百五十九年。很顯然，這個時間長度和文獻記載，已被夏商周斷代工程專家組採用的夏代積年四七一年說，尚有一一○多年的差距，這樣一個不算太小差距的出現，到底意味著什麼？經過研究探討後認為，二里頭文化是后羿代夏這一事件後的夏代中晚期文化而非夏的早期文化，早期文化只能到河南龍山文化晚期中去尋找。如果找到了夏代早期文化，那麼整個夏代積年便有可能和文獻記載相合。工程專家組對二里頭遺址的定年結果似早有預料，所以工程一開始，就列有早期夏文化研究這一專題，並決定對河南龍山文化晚期進行考古搜尋和碳十四檢測。
王城崗與瓦店遺址的考古發現
河南龍山文化又稱南王灣三期文化，是北京大學考古系教授鄒衡於一九五○年代末發掘南王灣遺址後作出的一個文化分期。南王灣三期文化在年代上晚於仰韶向龍山過渡時期，又明顯早於二里頭文化，其分布主要在豫西地區。在以前的考古發掘中，除了南王灣之外，河南登封王城崗古城、禹州瓦店等遺址都是規模較大的河南龍山文化晚期遺址，在這些遺址中，考古人員曾發現有大型房基、奠基坑及精美的玉器和陶器。它們的發現為探尋早期夏文化提供了線索，也為夏商周斷代工程奠下了基礎。
根據文獻記載，河南嵩山南北地區是夏人立國前後的主要活動區域，傳說中的禹之居陽城，啟之都陽翟，太康之都斟鄩就在嵩山南北的登封、禹州、鞏義境內。因此，嵩山南北地區的河南龍山文化和二里頭文化是探索夏文化上限的主要對象。早在一九五九年，河南省文物工作隊就特別組織了一個夏代文化遺存調查組，根據文獻記載和前賢考證，以及有關歷史傳說中提供的夏代都城和夏人活動地點，以豫西地區的地望為線索，進行了一次探索夏文化遺存的考古調查。根據調查的線索，從一九七五年起，河南省文物研究所便把登封王城崗一帶作為探索夏文化遺存的發掘重點。
登封王城崗遺址位於登封市東南約十一公里的告城鎮附近。在工作早期，河南省文物研究所考古人員在安金槐帶領下，將考古鑽探與發掘地點選在五渡河西岸的王城崗西面進行，但經過一年多的工作，發現的多半是商代的遺跡與遺物，夏代遺物則很少見到。一九七六年秋，為了擴大尋找傳說中夏代大禹所居陽城遺址的範圍，考古隊除在原地進行探尋外，又抽出部分人力到五渡河東岸開展工作。不久，考古人員以當地人提供的城山嶺地名為線索，很快發現了東周時期陽城的北城牆，接著又鑽探出東周陽城的東、西、南三面夯土城牆遺跡，並在城內外的發掘中，發現了鋪設在城內地下的各種陶製小管道、澄水池等一套戰國時期的供水設施和冶鑄鐵器手工業作坊遺址。尤其重要的是，城內外出土的大量陶器印有陽城與陽城倉器等篆體陶文戳記，有力地證明了東周陽城的確就在此處。這個發現，無疑為考古人員繼續探尋夏代大禹所居的陽城帶來了希望的曙光。
一九七七年春天，安金槐率領考古人員在王城崗西面一帶進行發掘時，當地圍觀的一名老人從安金槐的口中瞭解到他們在此地發掘是為了尋找夏代的陽城，便帶著不解和熱情說道：既然是尋找夏代陽城，為何不到王城崗上去呢？據老一輩人講，王城崗就是夏禹居過的都城。當地老者的一句話，引起了安金槐和其他考古人員的重視，也改變了考古隊的命運。在老人帶領下，考古人員來到不遠處一個被稱為王城崗的地方，在偏西南部一帶開始考古鑽探。鑽探到第三天下午時，在一個距地表深約一•二公尺處的探孔中，發現了土質堅硬類似夯土的跡象，接著又發現了龍山文化黑陶片。經過一段時間的鑽探與發掘，王城崗出現的成果一天天擴大。終於，在郜城鎮西北約○•五公里和東周陽城僅一條五渡河之隔的潁河與五渡河交匯處，也就是當地人傳說的王城崗上，考古人員接連發掘出兩座東西相並列的龍山文化中晚期的夯土城垣遺址。遺憾的是，東城的大部分不知何時被五渡河氾濫的河水沖毀了，從鑽探的情況看，兩座城址尚存面積一萬多平方公尺。其中西城內發掘有龍山文化中晚期殘存房屋的夯土基址，在夯土基址下面發現有奴隸奠基坑和成排的灰坑、窖穴等遺跡，並出土了大量製作精緻、品種多樣的灰黑陶器、黑陶器、石器、骨器、蚌器等遺物，其中還有一件形似銅斝的殘片。根據出土的遺物和地層關係，安金槐等考古研究人員將王城崗遺址分為早晚五個文化期，根據地理位和有關文獻資料記載，結合前賢所考證的夏代早期禹都陽城或禹居陽城的地望、名稱，以及在附近發現的東周時代的陽城等等，考古發掘者認為，王城崗龍山文化城址就是夏代大禹王所居的陽城。
王城崗發現夏代陽城的消息傳出後，立即引起國內外文物考古界的轟動，被譽為廿世紀以來探索夏文化的又一次重大突破。密切注視中國考古文化動向的日本多家報紙都以頭版頭條顯要位置報導了這一消息，一時間，海內外學術界為之震動。
但是，有許多學者對這一發現發表了不同意見，認為王城崗遺址的年代要早於學術界一般認定的夏代紀年，更主要的是王城崗遺址的規模太小，與二里頭遺址相比真可謂小巫見大巫，根本不具備王者風範，只是一個普通的小城邦，所以絕不能認定是夏禹王所居的陽城。
儘管王城崗是否為夏禹所居的陽城這一問題，學術界並未取得共識，但它是河南龍山文化的一處重要遺址卻是不爭的事實，要研究早期夏文化，這個遺址是不可或缺的。正因如此，斷代工程、早期夏文化研究專題組方燕明等河南省考古學者，自一九九六年下半年開始，在登封王城崗原有的文化分期基礎上進一步研究，有計畫地收集了已有含碳樣品和試掘採集樣品。試掘中，專題組人員將一九七○年代末在王城崗遺址發掘的一些探方重新挖開（原已回填），並於古城址的西部揭開六個五公尺乘五公尺的典型探方，隨後又清理了四個奠基坑，有目的地採集了坑中木炭和人骨標本。這些新採集的標本和原有發掘品中精選出的二百多份含碳樣品進行初步整理後，選出四十五份具代表性的樣品供碳十四實驗室進行定年。當這件工作結束後，專題組人員在方燕明指揮下，於一九九七年四月又開始了對禹州瓦店遺址的田野考古工作。
瓦店遺址是一九七九年發現的。河南省文物考古所曾進行多次發掘，認為這是一處河南龍山文化遺址。但由於範圍較大，文化堆積深厚，一時還無法弄清楚遺址的性質。
為瞭解瓦店遺址的範圍和面積，考古人員對該遺址的東北角和東南角進行了大規模的鑽探。鑽探結果顯示，這是一個總面積為廿萬平方公尺的遺址。經過有目的地對重要地點的發掘，發現灰坑近百個、房址九座，另外有墓葬、陶窯等，整個出土遺跡和遺物文化內涵豐富，地層清楚，從發掘品中蒐集的木炭、骨等含碳樣品，為碳十四定年提供了重要而珍貴的依據。
繼禹州瓦店之後，工程專題組人員又對河南龍山文化的另一個典型遺址煤山遺址重新鑽探和發掘，同樣採取、蒐集了大量含碳標本。需要說明的是，無論是王城崗還是瓦店、煤山，從原有發掘品中和試掘採集到的含碳樣品，由於樣品較小，大都無法利用仇士華、陳鐵梅領導的被稱為常規碳十四實驗室測定年代，而只能使用需要樣品較少的加速器質譜儀來進行定年。有鑑於此，工程領導小組和專家組決定，來自河南龍山文化以王城崗為代表的含碳樣品，由北京大學技術物理系重離子物理研究所利用加速器質譜法來完成測定任務。
加速器質譜學與裹屍布案
加速器質譜學是一九七○年代末在國際上興起的一項現代核分析技術，主要用於測量長壽命放射性核素的同位素豐度比，從而推斷樣品的年齡或進行示蹤研究。
加速器質譜碳十四測定法與常規碳十四測定法相比，其主要優勢在於所需樣品量少、測量工作效率高，而測量的靈敏度可達千分之三至千分之五。加速器質譜儀法需要的標本量不到常規法使用樣本量的千分之一，幾毫克的碳樣標本利用加速器質譜儀測量，一般僅需數十分鐘即可測定，而常規碳十四定年法，則要四十八小時或更長的時間。在時間緊迫、樣品多的情況下，加速器質譜法就自然會發揮出它的優勢和作用。
目前國際上先進加速器質譜儀實驗室碳十四定年的上限可超過六萬年，相應的測量靈敏度好於六•七乘以十的負十六次方。這個數據如果以小米做個通俗的比喻，就是要在多於一千五百兆粒相同的小米中，用加速器質譜儀法找出一粒稍重一點的小米。夏商周斷代工程樣品的紀年不超過四千年，其碳14對碳12的比值大約是上述靈敏度的一千倍，但該值的測量精確度要好於千分之五。也就是說，在一千五百兆粒小米中，把這一千粒稍重一點的小米挑出來，並數清楚，但是漏掉和屬錯的粒數不能超過五粒。正由於加速器質譜儀使用樣品量小，對於珍貴的國寶級文物甲骨以及遺址中出土的炭屑、骨片、殘存的少量有機物，甚至於陶器、銅器上的煙炱等等，都可以採樣來測定年代，而常規法在這樣的情況下則顯得無能為力。
自從里比發明了碳十四測定法之後，到一九六○年代，其方法開始在世界上廣泛應用。但許多科學家對這種方法需要樣品量大、測定時間長以及長壽命放射性碳元素很難測定等限制表示不滿。所以自一九七○年代開始，有人開始研究新的測定方法，以填補里比碳十四測定法的不足。一九七七年，科學家穆勒（Muller）首次提出了用迴旋加速器檢測碳十四以及鈹十和其他長壽命放射性核素的建議。幾乎與此同時，由羅徹斯特大學、多倫多大學和GIC公司三個單位的科學家組成的一個科研小組，也提出了用串列加速器測量碳十四的建議。同年的晚些時候，加拿大麥克馬斯大學與美國羅徹斯特大學同時在美國《科學》雜誌發表了用串列加速器測量自然界碳十四的結果。一九七八年，萊斯貝克（Raisbeck）等人發表了用迴旋加速器測量鈹十的結果，加速器質譜儀發展的序幕由此拉開。一九七八年四月，第一次國際加速器質譜會議在羅徹斯特大學召開，代表著加速器質譜學這門當代典型的交叉學科的誕生。在此之後的廿多年，加速器質譜儀技術又取得了很大的發展，至一九九○年代，世界上的加速器質譜儀已超過四十台，分布在美洲、歐洲、亞洲與大洋洲的十幾個國家中，應用已相當廣泛。正如美國科學家埃爾默和菲利普斯教授所指出的，如果不是地球科學家除了發展這種技術外別無選擇的話，加速器質譜儀絕不會得到發展，但如果不是某些核子物理學家對考古學與地球科學有興趣的話，加速器質譜儀也不會得到發展。斯言是也。
隨著這門學科的發展和在地球科學、考古學、古人類學、物理學以及天體物理學、環境科學、生物醫學等領域的應用，加速器質譜學已被越來越多的科學界人士所認知和熟悉，它在社會生活中發揮的作用和影響也越來越大。而一九八○年代利用加速器質譜儀定年法成功破譯杜林裹屍布（註一）這一千年懸案，使它的名氣幾乎在一夜之間響遍了全世界。
（註一）另有譯為都靈裹屍布者。
一九七八年，美國天文數學家麥克•哈特（Michael H• Hart）寫了一本叫《影響世界歷史一○○位名人》的書，這本書問世之後曾轟動一時，成為全球性的暢銷書。在書中，麥克•哈特將人類誕生以來可知的對人類歷史進程影響最大的一○○位人物作了排列，其中耶穌基督位列第三，在穆罕默德、牛頓之後，釋迦牟尼、孔子之前。
耶穌是基督教所信奉的救世主；據《聖經•舊約》記載，西元一世紀初年，耶穌降生於伯利恆，他是上帝的獨生子。他的母親瑪利亞是童貞女，因聖靈感孕而生下了耶穌。卅歲時，他開始在巴勒斯坦地區傳教。作為精神和道德領袖的耶穌神通廣大，諸如變水為酒、治病、驅鬼、叫死人復活、用五餅二魚給五千人吃飽等等。他特選了十二位門徒，並賦予他們傳教的使命和權力。後來他為猶太教當權者所仇視，再被叛徒出賣給羅馬帝國駐猶太總督彼拉多，並由其判決釘死於十字架上。他死後第七天復活，四十餘日後升天。兩千年來，關於耶穌基督其人其事，還存在著許許多多的不解之謎，其中最有影響的就是杜林聖體裹屍布之謎。
在遙遠的古代，羅馬人就發明了一種刑罰，將人釘死在十字架上，以用來懲罰死囚和逃亡的奴隸。被釘十字架的人的手和腳都用釘子釘在兩根木頭做成的十字架上，然後，再把十字架豎起來。受刑者被吊在上面，慢慢地、痛苦地死去。耶穌基督被出賣後就是這樣受難的。
之後，耶穌的門徒亞利馬太人約瑟去求彼拉多，要把耶穌的身體領去。彼拉多允准，他就把耶穌的身體領去了。他和另一個叫尼哥底姆的人，按照猶太人殯葬的規矩，把耶穌的身體用細麻布加上沒藥和沉香裹好了，埋葬在十字架旁一個小園子的墳墓裡。第七天，耶穌復活，門徒只看到細麻布和耶穌的裹頭巾在洞穴式的墳墓裡，只是沒有了耶穌的身體，這便是復活節的由來。
據說在早期基督教受迫害的時代，這塊裹屍布就被人藏起來達三百年之久。英國歷史學家埃•威爾遜認為，裹屍布在耶穌復活時失蹤以後，經由不為今天所曉的管道傳到了土耳其的埃德隆，後來落入君士坦丁堡拜占庭統治者手中，一直保存到一二○四年。古代歷史學家克勞利和法國十字軍的一名軍官魯貝爾都聲稱在一二○三年親眼見過這塊裹屍布，當時是存放在君士坦丁堡的皇宮裡。一二○五年，君士坦丁堡被東征的十字軍攻陷，裹屍布隨之易手，落入聖殿騎士團（註二）手中，一直到一三一二年，聖殿騎士團被教皇克雷芒五世（Clement Ⅴ）強行解散後，裹屍布被運到法國杜斯省的貝桑松大教堂安放。一三四九年，教堂失火，裹屍布差一點燒毀。一三五三年，裹屍布到了巴黎沙爾尼伯爵的手裡，並曾於一三五七年在其領地的利雷教堂公開展出。一四三二年，裹屍布又到了薩夫瓦公爵的手中，公爵府中又失過一次大火，裹屍布稍微受損，然後就移到杜林大教堂公爵住的地方，從一五七八年起一直保存到現在。一九七八年在杜林展出時，曾展開了一場以科學與宗教為題的學術討論會。一九八三年，根據義大利國王翁貝托二世逝世時所立的遺囑，將這塊裹屍布贈送給教廷。於是這塊裹屍布被鄭重地保存在一個銀盒中，外面用紅綢包著供奉在杜林天主教堂的祭臺上。
（註二）聖殿騎士團（Templar）：基督教軍事團體。成立之時，正當耶路撒冷王國成立之始，原來十字軍所控制據點寥寥無幾，朝拜聖地的信徒往往為穆斯林軍隊所擾。一一一九或一一二○年初，有八、九名法蘭西騎士決心保衛朝聖者，組成團體。耶路撒冷國王鮑德溫二世將猶太教聖殿範圍內王宮院落的一部分劃給他們，聖殿騎士團因而得名。該團迅速發展成為強大軍事力量並集聚大量財富，在歐洲許多地方擁有財產。法蘭西國王腓力四世指控該團為異端和道德敗壞，使得教皇克雷芒五世於一三一二年取締該團。
這塊裹屍布長四•三五公尺，寬一•○九公尺，上面有一個遭鞭笞和被釘在十字架上的人的血跡。裹屍布上布滿了模糊不清的黃褐色斑點，隱約呈現出一個人的前身和後身的完整形象。裹屍布的左側留有仰臥的印跡，右側有背部的印跡。裹屍布上的紅色斑點，是從釘入釘子的雙手手腕及腳的傷口中流出的血跡，兩肋還留有被長矛刺入的印跡。這些印跡與福音書上所描述耶穌受難時的情形都完全吻合。
裹屍布確是耶穌基督受難的遺物嗎？幾百年來，就其真偽一直爭論不休。歷史學家、宗教學家、科學家們眾說紛紜。早在一三五七年，利雷教堂的主教亨利•布阿吉曾斷言，展出的裹屍布是偽造的贗品。布阿吉的後任彼爾•德阿爾西在給教皇的信中，更鄭重地指出，所謂裹屍布實際上是出自一位不知名藝術家的手筆。為此，教皇克雷芒七世於一三九○年一月六日發布教皇諭令，禁止展出這塊裹屍布。因此，它是基督教在全世界保存得最嚴密，也是引起爭議最大的一件遺物。
一八九八年，杜林大主教迫於教徒壓力，同意讓科學家進行直接的實物考查研究。自此，人們對裹屍布才有了更詳細的瞭解。同年，考古攝影專家寒貢多•彼亞拍下幾幅聖體裹屍布的照片，底片沖洗出來以後，上面所顯示的人像比布上的影像更為清晰。之後不久，法國著名醫生德拉治和他的同事保羅•維農開始研究這塊裹屍布，並於一九○二年把研究報告上交法國科學院。德拉治在報告中說，裹屍布所顯示的是一幅十分逼真精細的人體影像，表明此人生前曾飽受酷刑，最後遭受釘死在十字架的痛苦。整個人體，除了手和腳之外，滿是鞭痕；胸部和腹部被鞭打的傷勢尤為嚴重；兩肩、兩膝也有傷跡；兩手和兩腳有明顯的血跡傷孔，很可能是被釘子打穿的。德拉治總結他的報告說，一方面有裹屍布的物證，並有蘆薈粉的殘跡，表明出事地點應在埃及境外的中東某地，死者是釘死在十字架上，死前曾遭嚴刑鞭打。另一方面，對證歷史記載和傳說，耶穌受難前在猶太曾受過苦刑，與布上所見的人體影像一樣。這份報告引起一場軒然大波和持續不斷的爭論。反對者堅持認定裹屍布根本就是偽造的，是一個不知名畫家的傑作。
一九三一年，攝影專家塞比•恩利再次為裹屍布拍照研究，斷定裹屍布上的影像絕不是畫家的手筆。因為把底片放大以後，看不出布紋裡有絲毫顏料的痕跡。
德國作家班納詳細研究過裹屍布之後說，如果真是耶穌基督的裹屍布，那就是說他從十字架上被放下來以後還沒有死，因為他死了的話，傷口就不會再流出血水，而滿身流出的血也一定會在身體用布裹上之前，就已凝結而不會留在裹屍布上。班納主張耶穌在十字架上僅是失去知覺而暫停呼吸。於是劊子手以為耶穌死了，就讓人把他從十字架上解下來，放在墓穴裡。班納假設，耶穌入墓後，可能是蘆薈粉發生了效力，再加上墓內寒冷，耶穌便甦醒過來，在眾門徒面前復活，然後再升天。班納還特別強調一點，裹屍布上所顯示的釘子傷口在右手腕上，這足以證明裹屍布是真的。如果釘子釘在手掌上，身體的重量會把兩隻手扯破。研究過裹屍布的醫學專家們也都注意到了影像上所顯示的肌肉都變了形，這是釘在十字架上面造成的。堅信裹屍布是真物的人表示，從人體解剖觀點上所發現的這些細節，就連最傑出的國家也無法偽造。一九七八至一九八一年，由美國卅名科學家和醫學家工程師組成的研究小組，使用各種最新儀器對裹屍布做進一步研究，發現裹屍布具有古代耶路撒冷地區的特徵。對它的真偽，仍是一片茫然。在此爭論中，人們又提出了種種假說。
隨著科學技術的發展，科學家們對這塊聖布的興趣似乎超過了教會，只不過經過多次分析仍得不到明確的結論，有些有可能得到明確結果的測試又因為要求取樣過多而遭拒絕。近年來，一門新的核分析技術加速器質譜學開始興起並迅速發展起來，它的超高靈敏度和只要求微量樣品的優點受到英國杜林裹屍布協會的注意。經過長達十年的接觸和安排，科學家們終於得到了鑑定這塊聖布的機會。一九八六年九月廿九日在義大利杜林召開了一次由教皇科學院院長主持的專題技術討論會，出席會議的有杜林大主教的代表、教皇科學院以及來自法國、義大利、瑞士、英國、美國和香港有關實驗室的代表共廿二人。會議達成協定，同意剪取郵票大小的樣品，採用超高靈敏度的加速器質譜儀進行測定。
一九八八年四月廿一日，大英博物館的考古權威和大主教一起來到杜林教堂，他們關閉了嚴密的保安系統，從聖器中取出這塊有爭議的屍布，大主教親自從上面剪下了一塊長七公分、寬一公分的布條，然後又分成三小塊，分別裝在三個標有號碼的金屬盒中。除此之外，還有三種已知是一世紀、十一世紀和十四世紀的物品作為對照樣品一齊被送往三個指定的實驗室，只有配合這次鑑定的倫敦大英博物館知道各個樣品的出處。
測試在美國亞利桑納大學、英國牛津大學和瑞士蘇黎大學的加速器質譜學實驗室同時進行。每個實驗室都收到四個只有編碼，沒有其他任何標識的樣品。這些樣品經淨化後燃燒成二氧化碳，再經過催化還原成純淨的碳，然後裝入加速器的離子源，加速到較高能量後逐一進行計數，最後透過計算而得到每種樣品的年代。
實驗表明，三所實驗室的獨立測量達到了極佳的一致性，各個結果的差異在一百廿年以內。測試表明，這塊裹屍布在西元一二六○年到一三八○年之間製成的可能性為百分之九十五，而有百分之百的肯定性表明它的產生絕不會早於西元一二○○年。
測試結果很快被送往梵蒂岡教廷教皇的辦公桌上，兩個星期之後，教皇下令將真相公布世。一九八八年十月十三日，杜林大主教、紅衣主教巴萊斯特雷羅在召開的記者會上正式宣布：這件幾世紀以來被基督徒奉為聖品的耶穌基督屍布是中古時期織出的贗品。至此，杜林裹屍布真相大白。
真偽之爭結束了，但這塊聖布仍然是個神祕之物。這個被釘在十字架上的人體形象如此精確，甚至可以辨別出只有法醫和病理學家才能認識到的血液從傷口流出的重力效應等等。究竟是誰，採用了什麼樣的工藝將如此生動的具有極高美學價值的耶穌形象印在布上的呢？又怎麼能完整無損地保存了幾個世紀呢？十三至十四世紀能偽造出來嗎？對此，有人認為，這塊裹屍布是真正的裹屍布，儘管它不是耶穌基督的。宗教史專家們就認為，裹屍布的影像不是耶穌，而是小基督。所謂小基督，是指在早期基督教小團體內具有超凡能力的成員。這些人在宗教情感的激勵下，為體會耶穌受難時的感受，由小基督團體的成員把他們釘在十字架上，並讓同伴用包屍布把自己包裹起來。耶穌那塊裹屍布，就是這樣留下來的。這種說法可以充分成立，在基督教的大量宣傳品中就有不少教徒自我折磨的圖畫。當然，科學和藝術家們或許最終會提供令人滿意的答案。
科學鑑定的結果也沒有使天主教會受到特別大的震撼。教會宣稱他們相信科學的鑑定，並不會因此而垂頭喪氣。大主教會見記者時平靜地說：無論是裹屍布還是其他什麼東西，都不能動搖我們的信仰。這些東西對我們的信仰來說是無關緊要的。聖布是宗教精神的顯示，它不是聖物，而是一個圖像。用宗教的詞彙來說，它是基督的聖像。這表明教會仍尊重和崇拜這塊印有基督聖像的聖布，它仍然是信徒們崇拜的物品。
從牛津大學到北京大學
與大多數先進科學技術一樣，同西方發達國家相比，中國對加速器質譜儀的利用則相對滯後一段距離，直到一九八○年代中期才開始了它的旅程。
就中國的知識界而言，真正開始關注加速器質譜學，要追溯到一九七九年。這一年秋天，一位游姓的法籍華人科學家偕法國籍夫人來中國作學術訪問。由於游教授的夫人在著名的加速器質譜儀創始人之一瑞斯貝克的實驗室工作，所以在華期間，游夫人在北京大學做了這門新興學科的報告，並介紹了這種加速器質譜儀的原理、性能及應用效果。她的演講得到了北大碳十四定年專家陳鐵梅、原思訓等學者的關注與重視，但由於當時的中國尚沒有足夠物質條件建立這樣的實驗室，對這門新興的學科和先進的技術也只是以羨慕的心情加以瞭解而已。
一九八四年冬天，國家教委組織一個代表團到國外探視中國留學生。北京大學副校長陳佳洱教授也是這個代表團的成員。代表團來到英國牛津大學時，在看望留學生之餘，陳佳洱來到該大學的核子物理工作室探望他的老師和朋友。原來在一九六四至一九六五年期間，陳佳洱曾以訪問學者身分在牛津大學核子物理工作室工作過一段時間，並和工作室的師生、同事建立了深厚的友誼。此次隨代表團出訪，陳佳洱再次來到廿年前自己曾生活、工作過的學界聖地，自然要尋訪故舊，一敘分別之情。
就在這次交談中，陳佳洱聽到一個他很感興趣的消息，這個消息的大意是，柴契爾首相主政的英國政府，由於財政上的考量，削減由國家撥款的國家機構的經費，赫赫有名的牛津大學也未能倖免於這個衝擊。在缺少經費支援的情況下，牛津大學加速器質譜儀實驗室只好關閉。有鑑於此，該大學核子物理實驗室和核方領導人決定將一套舊的加速器質譜儀備無償贈送給第三世界國家。在陳佳洱赴英之前，校方已應某國的需求，準備贈送這套設備，只是尚未付諸行動。這次陳佳洱的到來，憑藉過去的交情，使這套設備的決策者改變了原有的主意，這位決策者在向陳佳洱透露消息的同時，特意說明：如果你們北京大學樂意要，就先送給你們。這套設備本身不要錢，但運費要你們自己掏腰包。贈送的條件是，你們必須充分利用這套設備，為科學作出應作的貢獻。
面對如此一件好事，陳佳洱當然不能錯過，因為他知道，要購置這樣一套新設備，沒有幾千萬人民幣是沒辦法的，這筆錢就北京大學而言絕不是一個小數目。於是，陳佳洱除了向對方致上謝意之外，並表示回國後申請經費，以便將這套設備盡快運回中國。
一九八五年夏天，在陳佳洱和其他北大校方主管的努力下，加速器質譜儀從英國牛津運到北京大學。由於有了事先的承諾，運回後的設備當然不能放在倉庫裡毫無作為，必須運作，只有如此方不辜負牛津大學的好意和期望。但到底在哪些領域運作，具體操作程序如何，達到什麼樣的科學標準等等，因為之前誰也沒有過接觸，要運作起來自然是困難重重，問題成堆。在這種情況下，一九八六年春天，負責這套設備的北大技術物理系教研室主任李坤教授，寫信給正在牛津大學當訪問學者的北大技術物理系教授郭之虞，請他調查國外加速器質譜儀的應用、操作等情況。時逢加速器質譜學世界研討會在英國召開，郭之虞參加了會議並跟國際質譜界建立了聯繫。同時對工作方向也有了大致的瞭解。
此後，郭之虞不斷將在國外瞭解到的現狀送回來，並積極籌劃購買關鍵零組件。一九八六年底，北大考古系陳鐵梅教授也到牛津大學做學術訪問，他和郭之虞一起為基金申請做了大量調查研究。
一九八七年春天，郭之虞結束了學術訪問從牛津返回北大，北大決定向國家自然科學基金委員會申請立項，利用加速器質譜儀進行碳十四定年研究。不久，這個申請得到了批准並列為七五重大項目。從一九八八年底開始，北大技術物理系開始進行加速器質譜設備的配裝和調試工作。
就在加速器質譜儀正式投入使用前，北大技術物理系的諸位教授，便開始醞釀如何利用這先進的科學技術，做些重大而又有意義的事情。醞釀的結果是，將工作重點放到考古、地質和生命科學領域之中。一九九三年春天，經過五年的努力，加速器質譜儀的配裝和調試工作全部完成，同時拉開了中國首次利用這種先進的科學技術進行碳十四定年的序幕。
一九九四年，全國碳十四定年學術研討會在四川烏山召開，就在這次會議上，考古學家殷瑋璋、鄭光，定年專家仇士華、原思訓和負責北京大學加速器質譜儀實驗室的郭之虞教授晚上在房間聊天，閒聊中有人提出能不能利用加速器質譜儀的優勢，將夏商周三代的系列含碳樣品進行一次大規模的測定，這樣許多爭論不休的問題便可以得到解決，三代年代學的基本架構或許可以建立起來。這個提議得到了大家的贊成，認為這確是一件意義非凡的大事、好事。但麻煩的是如此大的專案，經費問題不好解決，且加速器質譜儀的設備性能需要也得提昇，否則在精度上難以達到預期效果。這次閒聊讓大家興奮了好一陣子，最後明顯的困難又使大家深知，這只不過是一廂情願的空談而已，沒有人預感到在一年之後將變成現實。
一九九五年秋，有一天，仇士華來到北大重離子物理研究所對郭之虞說：老郭，上次談的夏商周的事還想不想幹？
想幹，不過困難太大，現在幹不成。
有門了。
怎麼有門了？
夏商周斷代工程就要立項了，這次是政府出面，國家撥款，困難可以解決了。
真的？！
加速器質譜儀定年技術的應用
仇士華所言不虛，當他以碳十四定年專家身分和李學勤等著名學者一起會見國務委員宋健時，他就感到碳十四定年的常規法和加速器質譜儀法發揮重大威力和作用的時代已經來臨了。由於加速器質譜儀法具有靈敏度高、所需樣品量少、工效快等常規碳十四定年法不能比擬的特點，加速器質譜儀定年法就必然成為夏商周斷代工程中一個不可或缺的重要部分。為此，工程在立項中特設加速器質譜儀定年專題，其主要研究目標和預期成果是；將北京大學加速質譜儀的碳十四測量精度提高到千分之三至千分之五（相當於上下四十年）的水準；提高加速器質譜儀測量的工效和系統的可靠性，完善加速器質譜儀碳十四定年的方法；為夏商周斷代工程測量樣品二百五十個。工程領導小組任命該專題組長由郭之虞教授擔任，並全權負責加速器質譜儀定年事宜。
郭之虞，一九四四年生於江蘇常熟市虞山腳下一個書香門第，祖父早年赴英國里茲大學學習鐵路建造專業，學成歸國後曾任粵漢鐵路建造總工程師，對中國鐵路發展事業有傑出貢獻。差不多在同時，郭之虞的外祖父也留學英國，在曼徹斯特大學攻讀化工專業，在結束了長達十三年的留學生活後，回國到北京大學工學院化工系任教授，後來任系主任。郭之虞自小跟外祖父在北京讀書，在外祖父的建議下，在一九六二年考入了北京大學技術物理系。正當他畢業準備在核科學領域大顯身手時，文革爆發，根據毛澤東關於知識份子要到基層接受工農兵再教育的最高指示，郭之虞被分配到東濰坊無線電三廠從事生產半導體二極管的工作，在這個集體所有的小廠裡，郭之虞一做就是十年，其間經歷了娶妻、生子的人生過程，也獲得了由一名普通工人升為技術組副組長的榮耀。當然，按他組織及技術人員開發新產品的貢獻，是完全有資格坐上技術組組長這把交椅的，不過按當時的政治條件，像他這樣的知識份子能當個副手，已經是領導者的恩賜了。
在山東濰坊做了十年半導體二極管和三極管生產的郭之虞，隨著文革的結束，人生和事業的命運又有了新的轉折。一九七八年，恢復高考後，他考上第一屆研究所，重返北大校園，在著名核子物理學家虞福春和陳佳洱的指導下，重新開始了原子能物理學的學習和研究，直到一九八一年畢業後留校任教。
一九八三年，經教育部批准，北京大學成立與技術物理系血肉相聯的重離子物理研究所，根據校方的調整，郭之虞在系上繼續任教的同時，將主要精力投入到研究所的一系列研究工作之中。自一九八六年之後，郭之虞介入加速器質譜領域，並致力於這門學科的研究和發展。一九九三年，他被校方任命為重離子物理研究所副所長。郭之虞的主要精力依然放在加速器質譜學方面。夏商周斷代工程設立後，他理所當然地成為加速器質譜儀碳十四定年專題的主要成員之一。
儘管北京大學的加速器質譜儀繼一九九三年投入使用後，在三年多的時間裡取得了一批重要的科學研究成果。但由於資金投入有限，設備老化嚴重，加速器質譜儀的運行水準較低，性能也不十分理想，測定精度一般保持在百分之一至百分之二的誤差，且系統的穩定性差，故障率高，自動化程度較低。這種狀況顯然難以滿足夏商周斷代工作的需要。如果要達到具有國際先進水準的測量精度，勢必要提高技術並加強設備的改造。在時間極其有限的情況下，研究方案的正確性和實施組織的有效性就顯得格外重要。
為了保證任務的順利完成，按照基金重大項目的管理辦法，北京大學重離子物理研究所專門成立了由郭之虞、李坤等七人組成的專題學術小組。有關研究方案、技術路線、進度安排等重大問題均由學術小組研究決定，再由專題負責人執行。值得慶幸的是，經由前些年對加速器質譜儀的建造和運作，郭之虞等學者已積累了豐富的經驗，對現存問題有了清楚的瞭解。同時，加速器質譜學專家們近十幾年來一直與國際學術界保持密切聯繫，對國際上的研究進展與技術進步也有清楚的瞭解。所有這一切，又為完成專題奠定了技術上的基礎。
從一九九六年初開始，加速器質譜儀定年專題組進行了大量的文獻調研，並召開了多次方案討論會。在專題的可行性經專家論證通過後，又落實具體實施方案，並廣泛聽取了國際同行的意見。一九九六年五月下旬，專題組成員、青年核子物理學家魯向陽，在參加第七次加速器質譜儀國際會議期間，曾與世界上各加速器質譜儀實驗室的專家就設備技術升級改造問題進行探討，並向他們瞭解對當時兩種流行的商品化離子源的評價。一九九六年十一月，專題組組長郭之虞與專題組成員、年輕的學者汪建軍二人赴美國進行考察，訪問了幾家居世界先進地位的加速器質譜儀實驗室，與美國專家深入討論技術問題，並訪問了美國國家靜電公司（NEC），考察了其商品化的加速器質譜儀專用離子源。當時正在澳大利亞國立大學訪問的專題組成員、青年學者劉克新副教授，也及時回饋了