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中国核先驱赵忠尧:归国途中美方发三道拦截令

2012年05月03日13:36腾讯教育[微博]我要评论(0)
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不是比基尼岛的旁观者

1946年6月30日,美国继在日本扔下了原子弹之后,又在太平洋的比基尼小岛上试爆了一颗原子弹。此时,在距爆炸中心25公里远的“潘敏娜”号驱逐舰上,英、法、苏、中4个二战胜利集团的盟友代表,应美国政府之邀正在观“战”,物理学家赵忠尧即是中国代表。

赵忠尧虽只是戴着墨镜作壁上观,但心中却很清楚,他十几年前在美国做的正电子湮灭实验中所观测到的正反物质的湮灭现象,为美国发展原子弹提供了坚实的科学基础。他默默注视着冉冉升起的蘑菇云,将目测出的数据牢记在自己的脑海之中,当其他国家的代表情不自禁地为核爆炸的威力惊呼时,赵忠尧却在沉思,中国什么时候才能释放出这样巨大的能量?这一天还太遥远,因为中国连一台加速器都没有。没有加速器就不可能揭开原子核的奥秘,不可能进行自己的核试验。演习完毕,其他国家的观摩代表回到美国本土游山玩水,赵忠尧却不在队列之中,不知什么时候已经“失踪”了。赵忠尧上哪儿去了呢?

赵忠尧认为,要在这个强权世界上生存和“不挨打”,中国必须发展自己的核科学。赵忠尧此行并不只是为了隔岸观花,而是负有进一步了解核爆炸核心技术的使命。核爆炸的核心技术就是加速器,时任国民党中央研究院总干事的物理学家萨本栋在赵忠尧临行前,曾特意叮嘱他要“滞留”美国,尽可能多地了解美国在核物理方面的新进展,并设法购买核物理研究设备,萨本栋本人则留在国内筹款给他汇去。

赵忠尧的“失踪”并不神秘,他是回到了自己的母校加州理工学院。

他本应是第一个获诺贝尔奖的中国人

1902年6月27日,赵忠尧出生在浙江山清水秀的诸暨,南京高等师范学校毕业后任东南大学(招生办)助教,深得物理学界前辈叶企孙的器重。1925年夏,叶企孙奉命筹建清华学堂大学本科,偕赵忠尧前往,让他在新筹建的物理实验室任职。1927年,赵忠尧赴美国加州理工学院深造,师从诺贝尔奖获得者密立根教授。

密立根教授最初给赵忠尧布置的博士论文题目是利用光学干涉仪做实验。但赵忠尧感觉这个题目对于他来说太一般了,请求密立根给他换一个难一点的具有突破性意义的题目。密立根过了一些日子后让赵忠尧改做“硬伽马射线通过物质时的吸收系数”这个题目。当他发现站在面前的这个中国年轻人好像还是不太满意时,密立根颇为不悦。赵忠尧发现自己不知天高地厚的冲劲已经惹密立根生气了,他马上抱歉地说:我接受这个题目,并且一定把它做好!无论是密立根,还是赵忠尧,他们都没有意识到,这个题目会把赵忠尧推到一个物理科学的伟大发现的门口。

当时,人们认为硬伽马射线通过物质时的吸收主要是由自由电子的康普顿散射所引起的,用于计算吸收系数的克莱因——仁科公式当时刚刚问世。密立根让赵忠尧通过实验来验证这一公式的正确性。实验开始了,赵忠尧常常是上午上课,下午准备仪器,晚上则通宵取数据。为保证每隔半小时左右获取一次数据,赵忠尧不得不靠闹钟来不断叫醒自己。苦撑了无数个不眠之夜后,当赵忠尧将测量的结果与克莱因——仁科公式做比较时,却发现硬伽马射线只有在轻元素上的散射符合这个公式,而当硬伽马射线通过重元素——比如铅时,所测得的吸收系数比公式的结果大了约40%。

这项研究做了一年多时间,1929年年底,赵忠尧把论文交给了密立根。但两三个月过去了,密立根也没有发表任何意见。原因在于,这项实验结果让他感到很吃惊,也与他的预期不相符,他不太敢相信这一结果的正确性。赵忠尧有点急了,因为在科学发现的竞技场上,是只有第一没有第二的,科研成果披露的先后往往决定着一项研究的命运。这时,替密立根管理研究生工作的教授鲍文向密立根证实了实验结果的可靠性。他对密立根说:“我对赵忠尧实验的全过程很了解,从仪器操作、实验设计、测量记录到计算的全过程,都进行得非常严谨,实验结果是完全可靠的。”密立根终于同意赵忠尧将论文送出发表,该论文于1930年5月发表在美国的《国家科学院院报》上。当时,当赵忠尧在加州做着实验时,英、德两国有几位物理学家也在进行着同一实验。三处同时发现了硬伽马射线在重元素上的这种反常吸收,并都认为可能是原子核的作用引起的。

这项结果对赵忠尧而言,是一个崭新的开始,吸收系数的测量结束后,赵忠尧想进一步研究硬伽马射线与物质的相互作用机制,观测重元素对硬伽马射线的散射现象。鲍文听了赵忠尧的想法后说:“测量吸收系数,作为你的学位论文已经够了,结果也已经有了。不过,如果你要进一步研究,当然很好。”当时虽然离毕业只有大半年时间了,但由于有了第一个实验的经验,赵忠尧还是决心一试。

赵忠尧的这个实验结果首次发现,伴随着硬伽马射线在重元素中的反常吸收,还存在一种特殊辐射。赵忠尧不仅测得了这种特殊辐射的能量大约等于一个电子的质量,而且还测出它的角分布大致为各向同性。原来,当硬伽马射线通过重金属铅时,会产生成对的正反物质——反物质碰到正物质,两者迅速消失,并演变成光子。湮灭后产生的光子是一种没有方向性的、被“软化了”的伽马射结,能量相当于电子的静止质量。这些记录表明人类历史上第一次观察到了正反物质的湮灭现象。赵忠尧把这个结果撰写成第二篇论文《硬伽马射线的散射》,于1930年10月发表在美国的《物理评论》杂志上。密立根看到学生取得如此重要的研究成果,心中好不得意。在进行博士论文答辩时,他当着其他教授的面“讥笑”起赵忠尧来:“这个小伙子不知天高地厚,当初我让他做这个题目,他还嫌太简单,说要‘考虑考虑’呐!”

赵忠尧的这些研究成果是正电子发现的前导,国际物理学界对此给予了高度评价,可以说,赵忠尧是第一个观测到正反物质湮灭的人,也是物理学史上第一个发现了反物质的物理学家。这个发现足以使赵忠尧获得诺贝尔奖,当时瑞典皇家学会也曾郑重考虑过授予他诺贝尔奖。不幸的是,有一位在德国工作的物理学家对赵忠尧的成果提出了疑问,虽然后来事实证明赵忠尧的结果是完全准确的,错误的是提出疑问的科学家,但这却影响了赵忠尧的成果被进一步确认。1936年,为了表彰正电子的发现这一重要成就,瑞典皇家科学院把诺贝尔物理学奖授予了1932年在云雾室中观测到正电子径迹的安德逊,而不是1930年首先发现了正负电子湮灭的赵忠尧。

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