1989年,赵忠尧在北京正负电子对撞机、北京谱仪鉴定书上签字。(图片由作者提供)
12月10日,又到了一年一度的诺贝尔奖颁奖日,这让我想起一位著名的物理学家,中国核物理研究和加速器建造事业的开拓者——中科院院士赵忠尧。
赵忠尧第一次发现了正电子的存在,他是人类物理学史上第一个发现反物质的科学家。他观测到的正、负电子湮灭辐射比后来安德森看到的正电子径迹早两年。赵忠尧的研究成果为研制正负电子对撞机提供了理论基础,同时也奠定了他在世界物理学界的地位,可是他却与诺奖擦肩而过失之交臂,回顾历史,让我们再一次感受这位科学家的胸襟和家国情怀。
1927年,在清华大学物理系负责实验课教学的25岁的赵忠尧,为了开阔眼界,只身一人远赴重洋,来到美国加州理工学院研究生部,师从1923年诺贝尔物理学奖得主密立根,进行实验物理研究。
名师出高徒,赵忠尧的博士论文《硬γ射线通过物质时的吸收系数》,发表在1930年5月的美国杂志《国家科学院院刊》上,令整个物理学界都掀起了巨大的波澜。
1930年,这是值得中国人记住的一年,也是世界物理学界树立一座里程碑的一年。
这一年,28岁的赵忠尧再接再厉,在第二次实验中发现,硬γ射线的高能量光子束在通过重金属铅时,会出现“反常吸收”现象,伴随产生一种特殊辐射——一对正负电子湮没辐射。这是在人类历史上,第一次观测到正负电子的泯灭。这一发现,意味着人类预想的正电子对撞机,完全可以制造。赵忠尧成为全世界最早的正电子发现者!
这一结果,赵忠尧将其写成论文《硬γ射线的散射》发表在1930年10月的《物理评论》杂志上。
《物理评论》是1883年在美国康奈尔大学创刊、1913年被美国物理学会接管,之后逐渐成为物理学史上举足轻重的权威科学期刊。当年,赵忠尧的导师密立根油滴实验测定电子电荷的论文就发表在该杂志上,并因此而获得1923年的诺贝尔物理学奖。
1956年《物理评论》登载了李政道和杨振宁关于宇称不守恒的论文,二人因此获得1957年诺贝尔物理学奖
1985年《物理评论》登载了朱棣文发明了激光冷却原子技术的论文,他因此而获得1997年诺贝尔物理学奖。
而1930年和赵忠尧同读博士的安德森,两年后宣布发现了正电子径迹。1933年,安德森的论文也发表在《物理评论》上,并因此获得1936年的诺贝尔物理学奖。而最早发现正电子的赵忠尧,却无缘诺贝尔奖,物理学界一片哗然!他的导师密立根痛苦地说:“这是我最不愿意接受的事情。”
半个世纪以后,当年诺奖评审过程解密。曾任诺贝尔物理学奖评委主任的瑞典皇家学会爱克斯朋坦言:“这是一个很令人不安的没法再弥补的疏漏,赵忠尧在世界物理学家心中是实实在在的诺贝尔奖得主!”
诺奖获得者李政道说:“赵忠尧老师本该是第一个获诺贝尔物理学奖的中国人,只是由于当时别人的错误,把赵老师的光荣埋没了。”
诺贝尔奖获得者丁肇中这样说:“要是没有赵忠尧教授在30年代对正负电子湮没发现作出的巨大贡献,就没有现在的正负电子对撞机,也就没有今天的物理研究。”
连安德森本人也在1983年写出了当年的故事:“在加州理工学院时,我与赵忠尧同为研究生,办公室只有一墙之隔,我的研究是受赵的启发才做的。”
可是,坦荡荡的赵忠尧却对此毫不在意,因为他远渡重洋不是为了学位,更不是为了拿诺奖,而是为自己的国家和民族学到最前沿的科学和技术。
1931年,九·一八事变爆发,29岁的赵忠尧立即踏上了归国之路,决心要为灾难深重的祖国作点贡献。
回国后,赵忠尧在清华大学物理系任教授,后接任物理系主任。在当时国内核物理研究一片空白的情况下,他组建了核物理实验室,在极其简陋的条件下,进行γ射线、人工放射性与中子物理等一系列前沿的、开创性的研究工作,在国外所发表的文章还得到了物理学大师卢瑟福的高度赞赏,他在一篇论文前加了按语,说该实验结果提供了正负电子对产生的又一证据。
新中国成立后,赵忠尧在中国科学院近代物理所主持建立了我国第一个核物理实验室。后来他又主持建成了我国第一台加速器——700keV质子静电加速器,进而建成了2.5MeV质子静电加速器。正是通过这两台加速器的研制,我国加速器技术的研究才迈出了第一步,由此推动了我国的真空技术、高电压技术、离子源技术及核物理实验的发展。
今年是赵忠尧诞辰120周年,谨以此文纪念这位当之无愧的核物理界无冕之王。
(作者系国家教育咨询委员会委员,中国科技馆原馆长、研究员)