与诺贝尔奖失之交臂的物理学家赵忠尧

20世纪50年代，我和赵忠尧先生都在中国科学院原子能研究所工作。我们都来自浙江省。赵先生1925年毕业于南京原东南大学，1928年5月由东南大学改为*大学。1949年4月23日，南京获得解放。同年8月8日，*大学更名为南京大学。我1951年被南京大学录取，所以我们相隔30年。有了这三个相似之处，我们将有更多的机会在研究所见面，谈论几乎所有的事情。(1)早起学习。1902年6月27日，赵忠尧先生出生在浙江诸暨的一个小村庄。他母亲生下他时已经46岁了。她非常高兴，她的父母非常爱他。然而，赵先生不仅很瘦，而且也不太健康。他各科成绩都很好，但他的运动成绩总是很差。赵家旁边是一位老太太。尽管她养育了许多孩子，但他们看起来都像长大后离开巢穴的鸟。这位老太太仍然像一个80多岁的孤独老妇人。不管刮风下雨，她总是第一个起床，出去找山坡上的垃圾，然后扫回来当柴火。在赵先生学习之后，他取代了早期的冠军。早上老太太起床时，天刚亮，赵先生已经站在朗朗的院子旁边看书了。因此，老太太向大家夸口说，赵的儿子将来一定前程似锦。(2)赵先生15岁从化学到物理，以优异的成绩考入诸暨县中学。高中毕业后，他被南京师范大学数学系、物理系和化学系录取。同年，师范大学改为东南大学，并开始分科。他选择了化学系，因为那里有很多学习化学实验的机会。其次，化学系有一大批国内外著名的教授，如孙宏芬和张。在东南大学，他提前三年半毕业。这时，他的父亲去世了，他的家庭陷入了经济困难。他被湖州第三师范大学聘为数学、物理和化学系的专职教师。然而，新老教师之间的矛盾相当激烈。赵先生只教了半年，就被老学校开除了。赵先生写信给当时的东南大学理学院院长孙宏芬，询问母校是否需要招人。孙宏芬知道赵忠尧擅长物理，于是回信告诉他物理系需要人。就这样，开始在物理系教书，并成为刚从国外回来的叶先生的助手。物理成了他一生的专业。叶先生后来成为我国物理学领域的领军人物。他非常热爱人才，曾长期担任清华大学的院长、校长和校务委员会主任。这是另一个故事。叶先生非常欣赏的勤奋和踏实的工作。1925年，清华大学组织了一个大学本科课程，并要求叶先生回到他的母校任教。叶先生带着去了清华，清华物理实验室就是在那里成立的。(3)博士论文1927年夏天，赵忠尧出国留学，进入加州理工学院研究部。他的导师是哈佛大学校长、诺贝尔物理学奖获得者雷欧·米利坎。密立根非常关注国际物理学的进展，给学生的研究课题都是国内外物理学研究的前沿课题。密立根在赵忠尧的研究课题是用干涉仪进行光学实验，取一年夏冬拍摄的胶片进行测量和分析，并在两年内取得成果。赵忠尧认为获得学位太容易了，而且他学不到多少真正的技能，所以他让他的导师换个话题。根据惯例，老师们想做什么就做什么，不能互相讨价还价。学生们知道这会冒犯老师，他们都为他鼓掌。果然，米里根有点不高兴。几天后，他对赵忠尧说，“你认为最后一个话题太简单了，好吧，现在我把它改成:‘硬R射线穿过物质时的吸收系数’。”赵忠尧在中国做了一个简单的吸收实验，认为这个题目不难。他漫不经心地答应道，“好吧，我会考虑的。”事实上，赵忠尧的初衷是想看看导师是否有更难的问题。米里根听到后非常生气，他说:“这个话题非常有趣，也非常重要。我们看了你的结果，认为你这样做更合适。如果你不做，就告诉我，不要想它。”赵忠尧连忙表示愿意接受这个话题。后来，当赵忠尧把他的博士论文提交给教授们讨论时，米里根又提起了这个老故事，并把它变成了一个笑话:“赵忠尧真的很无知。当时我给他这个话题，他说他会考虑。”教授们都大笑起来。由于赵忠尧论文严谨的逻辑、详细的实验和分析结论，它被一致评为优秀。这篇论文发表在1930年5月的美国《国家科学院学报》上。(4)错过诺贝尔奖近年来，国际科学家非常重视“反质子”的研究。诺贝尔奖得主、美籍华人科学家丁肇中教授和一些国家的科学家都在努力寻找反物质。1998年6月3日，美国将发现号航天飞机送入太空做一些探索性工作，寻找反物质:阿尔法磁谱仪(AMS)安装在发现号航天飞机上进行实验操作，作进一步调整，然后放在国际空间站上进行反物质探测。然而，赵忠尧先生早在1930年就开始研究反物质现象。在他博士论文的研究工作中，他发现了硬γ射线穿过重物质时产生的异常吸收和特殊辐射。事实上，这是正电子-正电子对形成和“湮灭”的最早实验证据。赵先生正在使用一种他自己制造的仪器，使用一种被称为“硬”r射线的高能光子束，这种射线具有天然的放射性，来观察正物质和反物质在重金属元素中成对产生，从而造成“异常吸收”现象。如果正物质和反物质相互碰撞，就会发生“湮灭”反应。这两个很快消失，变成光子。这种光子不同于最初的“γ射线”，γ射线是一种没有方向的“γ射线”，是“软的”。光子束的能量比以前小了。赵忠尧测量出这个“软”R射线光子的质量恰好是电子的稳定质量。赵先生的这些观察和定量记录是人类历史上第一次观察到由反物质产生和“湮灭”直接引起的现象。这一发现是前所未有的，并做出了划时代的重大科学贡献。赵先生本应该因为他的伟大发现而获得20世纪30年代的诺贝尔奖。然而，赵先生没有他后来的学生杨振宁和李政道那么幸运。1956年，当杨振宁和李政道共同提出“弱相互作用中的宇称不守恒”定律时，他们遇到了一位好“姐姐”，世界著名物理学家、原南京*大学毕业生吴健雄教授。1957年，她设计了一个钴核衰变实验，证实了杨振宁和李政道的“弱相互作用中的宇称非守恒定律”。结果，杨振宁和李政道都获得了1957年的诺贝尔物理学奖。赵忠尧的发现也得到了两位同事的证实，但不幸的是，他们没有得出与赵先生相同的结果。后来证明一个人做错了。一个设备不够敏感。赵先生的实验是正确的，但由于他们的错误结论，诺贝尔奖输给了赵先生。两年后，赵先生的同学安德森在威尔逊云室中观察到了正电子的足迹。为此，安德森教授获得了诺贝尔物理学奖。后来，著名的美国物理学家布莱克特教授(P.M.S.Blackett)指出，硬R射线的异常吸收是由于R射线和原子核之间的相互作用，产生一对“正-负”电子，而特殊辐射是“湮灭”辐射，在这种辐射中，正和负电子重新结合并转化为两个光子。这一机制已被未来的许多实验所证实。因此，赵先生实际上是第一个观察正负电子对产生的物理学家，也是第一个观察正负电子“湮灭”现象的人。半个世纪后，教授在追溯本世纪二三十年代的科学研究时，认真研究了过去的文献，并撰写了一篇论文，在论文中他也承认了先生发现的历史的真实性，并高度评价赵先生为最早的科学发现。教授还多次讨论了赵先生在20世纪30年代的重大发现。瑞典皇家科学院院士、前诺贝尔物理奖委员会主任葛克斯庞斯教授在他的著作中特别提到了赵先生的历史性成就，并告诉人们这是一个“非常令人不安的、无法弥补的遗漏”。他进一步明确指出，赵忠尧先生观察到的不是方向性的，而是实际上被正电子和正电子湮灭了。相对“软”的γ射线的能量恰好是电子的静止质量，是正电子质量的最早测量。有了这项成就，赵忠尧先生应该获得诺贝尔物理学奖。1979年，赵忠尧代表中国科学界出席了在德国举行的一次物理会议并进行访问。诺贝尔奖获得者丁肇中教授在汉堡向来自世界各地的科学家介绍赵忠尧先生时说:“这是赵忠尧先生，一位资深物理学家。他是正电子和正电子湮没过程的最早发现者。没有他的发现，就不会有现在的正电子对撞机。”我在中国科学院原子能研究所与赵先生共事多年。赵先生应该是第一个获得诺贝尔物理学奖的中国人。然而，李先生从未提及此事。李先生的崇高精神和宽广胸怀令人钦佩。1930年，他获得了博士学位，在加州理工学院完成了学业，并在德国哈罗大学物理研究所工作了一年。1931年秋，他到剑桥大学卡文迪许实验室与核大师卢瑟福共事，赵先生热爱祖国。9·18事件的消息传来，他放弃了与卢瑟福一起工作和参观英国其他实验室的机会，并于同年冬天回国。临走时，卢瑟福诚恳地对赵忠尧说:“你们中国人过去在这里学习过很多，成绩很好。然而，一旦你回家，你将听不到任何声音。我希望你回国后能继续从事科学研究。”1931年底，赵先生回到中国，在清华大学担任物理学教授。在教学期间，他使用盖革计数器进行γ射线、人工放射性和中子物理学的研究。这些论文发表在中国的《物理先驱》和英国的《自然》杂志上。卢瑟福在赵先生的“硬γ射线和原子核之间的相互作用”一文中补充说:“这个结果为‘正负’电子对的产生提供了另一个证据。”1945年夏天，美国在太平洋的比基尼岛进行了第一次原子弹试验。当时，中国*和*研究院推荐赵忠尧作为中国科学家的代表访问。*研究院院长萨本登要求他购买美国的研究仪器。原子弹试验后，他去加州理工学院和麻省理工学院做核物理和宇宙射线的研究。另一方面，他开始购买仪器。在此期间，赵忠尧在麻省理工学院物理系宇宙实验室进行了“混合宇宙线簇射”的研究，并撰写了许多论文，如发表在美国《物理评论》上的“混合宇宙线簇射”。实验室主任罗西(γ-γ-奥西)非常重视赵忠尧，建议他去参观他们的卡罗拉山宇宙射线实验室，所有费用由学校支付。此时，他被建议要珍惜这个机会，做更多的研究工作，不要把时间和精力花在无法产生结果的加速器的处理上。然而，赵忠尧认为，个人在国外的成就只能给自己带来荣誉。他希望在中国建立实验室，培养更多的人才。个人做出牺牲也是值得的。1946年春天，赵忠尧回到加州理工学院，参加由美国原子能委员会和海军部在核物理实验室联合支持的核物理研究。论文题目为“质子轰击F19产生低能α粒子的研究”。这是当时世界核反应研究的前沿课题，赵先生在美国科学界的声望已经相当高。(6)曲折的回归中国之路1949年10月1日，新中国诞生了。赵先生开始为回国做准备，打算将近几年购买的经过加工的静电加速器组件和核物理实验仪器归还新中国。然而，美国联邦调查局注意到了设备，并私下去运输公司打开包装检查。赵忠尧特别后悔麻省理工宇宙射线实验室扣留了他焊接的八套电子电路中的四套。幸运的是，剩下的30箱大大小小的设备没有找到，已经安全地回到了他的祖国。1950年3月，赵忠尧正式办理了回国手续。8月底，赵忠尧从洛杉机登上了“威尔逊总统”号，返回了家乡。他一登上船，联邦调查局特工就跟着他！经过反复询问，他把行李拿到岸上，打开，搜查，并扣留了所有他带来的违反美国法律的实物书籍和杂志。9月12日，这艘船经过日本横滨。此时，日本*当局的代表前来参观该*，并表示了极大的关切。他们说，如果赵先生能转到*工作，*会非常欢迎他，他们可以跟美国沟通。赵先生断然拒绝，并坚持他回到新中国的初衷。他既不想去*，也不想回美国。中国科学家被美军扣留在日本的消息立即在国内外引起强烈反响。世界科学组织也对美国的行为“深感遗憾”。由于正义的力量，美国当局不得不在1950年10月28日释放赵忠尧。11月28日，赵忠尧终于踏上了*的土地，并立即开始建设核物理实验基地。他长期担任中国科学院原子能研究所副所长。他于1998年去世，享年96岁。赵忠尧的杰出贡献将永远载入人类文明史。