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一位与诺贝尔物理奖失之交臂的人

1998-06-23 来源:光明日报 赵启正 郑志鹏 张肇西 我有话说

6月3日早晨,美国“发现者”号航天飞机把中国等国共同研制的阿尔发磁谱仪(AMS)送上了太空。AMS的任务是寻找宇宙中的反物质。人类迄今为止发现的唯一的反物质是正电子,而第一个捕捉到正电子的正是在5月28日因病逝世的中国核物理学家、科学院院士赵忠尧先生。以中国为主制造的探测反物质的AMS升空了,第一位发现第一种反物质的科学明星殒落了,时间是这么的巧合。难道是阿尔发磁谱仪将赵先生的英灵一起带走了吗?不,先生早于“发现者”号航天飞机而走,先生也许是为“发现者”号开路去了。

赵先生永远是科学理论的开拓者。1930年,他在美国的一所著名大学潜心地研究了反物质现象。人类应用的电流是负电子的运动;围绕原子核运动的也是负电子,而正电子是与负电子质量相同,电荷相反的电子。负电子属于正物质,即我们平时所称的物质。正电子则属于反物质。赵先生用他亲自制造的仪器,利用天然放射性的一种被称为硬伽玛射线的高能量光子束,在重金属铅中成功地观测到,正物质和反物质成对地产生,造成了“反常吸收”现象;反物质碰到正物质,两者迅速地消失了,不见了,即:湮没了,变成了光子。赵先生还记录了湮灭后产生的光子,是一种没有方向性的,“被软化”了的伽玛射线,光子束的能量比原来小了。赵先生测量出这“软”伽玛射线的光子能量恰好是电子的静止质量的大小。这些观测和定量的记录,表明人类历史上第一次观测到了直接由反物质产生和湮没所造成的现象。

开拓者的道路总是充满荆棘。赵忠尧先生本应以他的发现在本世纪30年代获得诺贝尔物理奖。但紧接着赵先生之后,有两个人做出了与他不同的独立实验,一个没有重复出赵先生的结果,一个没有观测到赵先生实验中的软伽玛射线。后来证明了,在两个相反的实验中,一个是做错了,一个是灵敏度不够。赵先生的数据是正确的。别人的不正确的数据混淆了是非,使诺贝尔奖与赵忠尧先生失之交臂。

赵忠尧先生的实验两年多后,赵先生的同学安德逊教授(C.D.Aderson)在威尔逊云雾室中观测到了正电子的径迹。为此安德逊教授获得了诺贝尔物理奖。然而正是安德逊本人在一本1983年出版的书中写道:当赵忠尧先生的实验结果出来时,他正在做他自己的学位论文实验。他的办公室与赵忠尧先生恰好相邻。他对赵先生的结果十分清楚,并怀有巨大的兴趣。他认为赵先生的实验表明有多出的、未知的“新东西”的存在。他使用与赵忠尧先生不同的仪器观测“硬”伽玛吸收必定伴有的电子的情形。结果他不但观测到了电子径迹,同时观测到了反物质———正电子的径迹。安德逊教授的文章告诉世界,他的实验是直接在赵先生的实验结果的基础上做出的,并得到了赵先生实验结果的直接启发。赵先生本人在1959年给我们讲授核物理课时,也讲过这段故事。但先生从来不说安德逊的实验是受到他的直接启发。先生当时的音容笑貌,那种恢宏大度至今还常常闪现在我们的眼前。

人类文明不会忘记它的开拓者。

几十年后,李炳安教授和著名的诺贝尔奖获得者杨振宁教授追溯本世纪二、三十年代,对原始文献做了认真细致的调查研究,以发表论文的形式,论据充分地还了历史的本来面目。赵忠尧先生的这一科学功绩,以及这一理论如何不应该地被疏忽,已经越来越多地在物理学界为人所知。

另一位诺贝尔奖获得者、著名教授李政道先生也在多种场合论述到赵先生在30年代的这些重要发现的历史。

瑞典皇家学院院士、前诺贝尔物理奖委员会主任爱克斯朋(G.Ekspong)教授在一本书评中曾专门讲到此事,并告诫人们“疏漏”赵忠尧先生的这一历史功绩,是一桩“很令人不安的、没法再弥补的疏漏(disturbingomission)”。他还特别指出赵忠尧先生观察到的没有方向性、实际上是由正负电子湮没出来的、相对“软”的伽玛射线的能量恰好是电子的静量(O.5MeV),就是对正电子质量最早的测量!凭这一成就,赵忠尧先生完全应该得到一次诺贝尔物理奖,或许这正是爱克斯朋教授对“疏忽”这样“不安”的原因吧?

先生本来应当是第一个获诺贝尔物理奖的中国人。

AMS这次只飞行10天,是为2002年正式实验的一次预演。当AMS升空,中国人在探测太空中的反物质的征途上又迈出新的一步的时候,当AMS寻找到反质子、寻找到反碳核、寻找到反氦核、寻找到……之时,我们会再一次想到这位本应该获得诺贝尔奖的赵忠尧先生。

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