6. 王淦昌與中微子
王淦昌是現代中國最傑出的一位物理學家。他從1930 年師從著名猶太裔女物理學家邁特納開始， 進入物理學研究領域， 取得了許多重大的科學成就。50 年代末， 他領導的―研究小組在世界上首次發現了∑ 一粒子， 即反亞格馬負超子。正當他開始在粒子物理學領域大展身手的時候， 祖國需要研製原子彈和氫彈， 他毅然決然地服從國家的召喚， 參加了兩彈的研製和組織領導工作， 是國內外公認的兩彈功勳之一。他曾獨立地提出用激光打靶實現受控核聚變的創議， 是我國激光物理、等離子體物理等領域的開拓者。這裏， 著重介紹王淦昌在中微子研究中所作出的貢獻。
上一篇， 我們已經提到， 由於中微子的特性， 要想在實驗上直接找到中微子是很困難的， 就連中微子假說的提出者泡利也認為不太可能。不過， 在科學研究中， 有些假說的驗證也可以先從它的存在條件上去考慮。由因果關係出發， 如果滿足一定的條件， 相應的結果就會產生。泡利就曾經過反複考慮， 提出了一個實驗上可以檢驗的預言： 從原子核裏輻射出的β粒子和穿透力很強的中微子的能量和， 應該有一個明晰的上限。泡利認為： 如果β射線能量譜的上限是明晰的， 那麽他關於中微子的假設就是正確的。不久， 在德國柏林大學的王淦昌按照導師邁特納的指導， 選取元素鐳的同位素( RaE) 的β 射線譜進行研究。是一個全新的探索， 需要自己動手製作實驗儀器。王淦昌用自製的計數管進行實驗測量， 準確地測出了RaE 射線譜的上限。這一結果發表在1932 年1 月的德國《物理學期刊》第74 卷上。這是物理學史上， 第一個證實了泡利關於β射線譜有明晰上限的實驗， 是對中微子假說的一個有力支持。
英國劍橋大學卡文迪許實驗室的物理學家埃利斯和莫特以及埃利斯的學生亨德森也先後通過實驗證實了β射線譜有一個明晰的上限。
十分遺憾的是， 王淦昌的這一科學成就卻長期被忽略了， 人們往往都把這一成就僅僅歸於埃利斯和莫特。最近， 我國兩位科學史工作者劉宏葆和何亞平對這段曆史進行了詳細地考察， 特別指出了王淦昌的研究工作與埃利斯等人的工作相比有兩個特點： 一是， 王淦昌的實驗選取的元素是更適宜的， 元素RaE 在β衰變時不夾雜γ射線， 因此結果更為明確； 二是， 王淦昌實驗結果的發表時間是1932 年， 要早於埃利斯和莫特的1933 年， 更早於亨德森的1934 年。
王淦昌在中微子研究上的第二個重要成就是他提出了俘獲中微子的方法。
β射線譜有明晰上限的實驗事實， 對中微子假說仍隻能算是個間接支持。隻有從實驗上直接觀測到中微子， 才會打消人們的疑慮。可是證實中微子存在的確是一個極為困難的事情， 王淦昌對此十分清楚。因此， 他也十分關注這方麵的研究進展。
王淦昌在1934 年回國後， 先後在山東大學、浙江大學任教。由於抗日戰爭爆發， 浙江大學轉移到貴州。當時不僅實驗條件非常缺乏， 而且就是日常生活都很困難。王淦昌又患有肺病， 真是異常艱苦。然而， 正是在這樣的條件下， 王淦昌提出了用K 電子俘獲的方法， 去探測中微子。他指出， 當一個β+ 放射性原子不是放出一個正電子而是俘獲一個K 層電子時， 反應後的原子的反衝能量和動量僅僅取決於所放射的中微子。於是， 隻要測量反應後原子的反衝能量和動量， 就比較容易找到所放射的中微子的質量和能量。王淦昌還建議用元素鈹的同位素7Be 作為實驗樣品， 通過K 俘獲的7過程得到Li 的反應能量， 他之所以建議用Be ， 是因為它是最輕元素的放射性同位素中的一個。核的質量越輕， 則它所7經受的反衝作用就越顯著。另外， Be 衰變為Li 時， 即不產生γ射線， 也不產生正電子。也就是說，7Be 的核確是以K 俘獲的方式衰變的。
同樣令人十分遺憾的是， 當時國內根本不具備進行這類實驗的起碼條件。王淦昌自己無法做這個實驗， 而隻能把這一驗證中微子存在的簡便方法寫成論文， 於1942 年寄到了美國， 在《物理評論》上發表。文章發表以後， 美國物理學家阿倫立即按照王淦昌提出的方法進行了實驗， 得到了肯定的結果。隻是由於阿倫所用樣品較厚的原因， 沒有能觀察到單能的7Li 反衝。但實驗結果還是表明了， 在7Be 以K 俘獲7的途徑衰變為Li 的過程中， Be 的核是受到了反衝作用。顯然， 相應於這種反衝能量， 會被某種粒子所帶走， 這種粒子就是中微子。可惜， 當時正值第二次世界大戰， 因此， 這一重大科學成就沒有得到應有的重視和傳播。直到1952 年，戴維斯測出Li 的單能反衝能量， 與王淦昌的預言相符， 從而間接地得到了中微子存在的實驗證據。這也表明， 王淦昌提出的建議的確是一個創見。
對此， 王淦昌並沒有滿足。1946 年， 王淦昌隨浙江大學遷回杭州， 並繼續對中微子問題進行研究。他認為阿倫的實驗雖然得到了肯定的結果， 但是由於精度有限， 需要進行修正。於是， 王淦昌又提了三種新的探測中微子的方法。特別是他提出通過重核裂變來探測中微子， 這又是一個全新的思路。1953 ～1956 年， 美國物理學家柯萬和雷尼斯領導的小組， 利用核反應堆測到了通過核裂變產生的反中微子。
王淦昌對驗證中微子所做出的貢獻， 是現代中國科學家最早做出的最重要的國際性貢獻之一。1943 年， 美國《現代物理論》曾將“王淦昌―阿倫實驗”列為國際物理學重大成就之一， 並用了很長的篇幅作了介紹。其中提到： “阿倫的工作看來是有決定意義的。他按照王淦昌和其他人的建議， 用7Be 這一輕原子核進行K 電子俘獲實驗。”1946 年， 王淦昌被載入美國所編的百年來科學大事記。據我國科學家竺可楨( 曾擔任中國科學院副院長) 記載： “中國人能名列其內者隻有彭恒武與王淦昌二人已。”王淦昌作為物理學家不僅在具體的研究工作中作出了令人矚目的成就， 而且他還是一位出色的科學教育家。他在大學教書期間， 培養出的學生， 都成為我國科學界的知名學者， 他在實際的研究工作中， 也培養出了一大批實驗物理學家。
科學無國界， 科學家都有祖國。王淦昌十分熱愛自己的祖國。他不僅以粒子物理學的研究成就為國爭光， 在粒子發現者的名單中第一次寫上了中國的名字。而且他也能為祖國的需要， 做無名的英雄。那是在1961 年春天， 王淦昌作為中國專家組織者從前蘇聯杜布納聯合原子核研究所回到北京， 準備籌建加速器的工作。4 月的一天， 他接到通知， 說二機部部長找他有事相商。一見麵， 部長開門見山地說， “請你來， 是想請你做另外一件事， 參與領導研製戰略核武器。”王淦昌聽後， 沉思片刻， 迸發出一句穿雲裂石的話：“我願以身許國！”第二天， 他就告別實驗核物理的研究， 走進核武器研究設計院。從此， 王淦昌隱姓埋名17 年， 投身到中國“兩彈”研製的創業之中。為了國家的利益， 王淦昌放下了自己喜愛的、並已做出相當出色成績、很可能還將做出更大成績的研究工作， 服從國家的需要。這種精神是值得後人學習的。
§§第五章 核能與應用
上一篇， 我們已經提到， 由於中微子的特性， 要想在實驗上直接找到中微子是很困難的， 就連中微子假說的提出者泡利也認為不太可能。不過， 在科學研究中， 有些假說的驗證也可以先從它的存在條件上去考慮。由因果關係出發， 如果滿足一定的條件， 相應的結果就會產生。泡利就曾經過反複考慮， 提出了一個實驗上可以檢驗的預言： 從原子核裏輻射出的β粒子和穿透力很強的中微子的能量和， 應該有一個明晰的上限。泡利認為： 如果β射線能量譜的上限是明晰的， 那麽他關於中微子的假設就是正確的。不久， 在德國柏林大學的王淦昌按照導師邁特納的指導， 選取元素鐳的同位素( RaE) 的β 射線譜進行研究。是一個全新的探索， 需要自己動手製作實驗儀器。王淦昌用自製的計數管進行實驗測量， 準確地測出了RaE 射線譜的上限。這一結果發表在1932 年1 月的德國《物理學期刊》第74 卷上。這是物理學史上， 第一個證實了泡利關於β射線譜有明晰上限的實驗， 是對中微子假說的一個有力支持。
英國劍橋大學卡文迪許實驗室的物理學家埃利斯和莫特以及埃利斯的學生亨德森也先後通過實驗證實了β射線譜有一個明晰的上限。
十分遺憾的是， 王淦昌的這一科學成就卻長期被忽略了， 人們往往都把這一成就僅僅歸於埃利斯和莫特。最近， 我國兩位科學史工作者劉宏葆和何亞平對這段曆史進行了詳細地考察， 特別指出了王淦昌的研究工作與埃利斯等人的工作相比有兩個特點： 一是， 王淦昌的實驗選取的元素是更適宜的， 元素RaE 在β衰變時不夾雜γ射線， 因此結果更為明確； 二是， 王淦昌實驗結果的發表時間是1932 年， 要早於埃利斯和莫特的1933 年， 更早於亨德森的1934 年。
王淦昌在中微子研究上的第二個重要成就是他提出了俘獲中微子的方法。
β射線譜有明晰上限的實驗事實， 對中微子假說仍隻能算是個間接支持。隻有從實驗上直接觀測到中微子， 才會打消人們的疑慮。可是證實中微子存在的確是一個極為困難的事情， 王淦昌對此十分清楚。因此， 他也十分關注這方麵的研究進展。
王淦昌在1934 年回國後， 先後在山東大學、浙江大學任教。由於抗日戰爭爆發， 浙江大學轉移到貴州。當時不僅實驗條件非常缺乏， 而且就是日常生活都很困難。王淦昌又患有肺病， 真是異常艱苦。然而， 正是在這樣的條件下， 王淦昌提出了用K 電子俘獲的方法， 去探測中微子。他指出， 當一個β+ 放射性原子不是放出一個正電子而是俘獲一個K 層電子時， 反應後的原子的反衝能量和動量僅僅取決於所放射的中微子。於是， 隻要測量反應後原子的反衝能量和動量， 就比較容易找到所放射的中微子的質量和能量。王淦昌還建議用元素鈹的同位素7Be 作為實驗樣品， 通過K 俘獲的7過程得到Li 的反應能量， 他之所以建議用Be ， 是因為它是最輕元素的放射性同位素中的一個。核的質量越輕， 則它所7經受的反衝作用就越顯著。另外， Be 衰變為Li 時， 即不產生γ射線， 也不產生正電子。也就是說，7Be 的核確是以K 俘獲的方式衰變的。
同樣令人十分遺憾的是， 當時國內根本不具備進行這類實驗的起碼條件。王淦昌自己無法做這個實驗， 而隻能把這一驗證中微子存在的簡便方法寫成論文， 於1942 年寄到了美國， 在《物理評論》上發表。文章發表以後， 美國物理學家阿倫立即按照王淦昌提出的方法進行了實驗， 得到了肯定的結果。隻是由於阿倫所用樣品較厚的原因， 沒有能觀察到單能的7Li 反衝。但實驗結果還是表明了， 在7Be 以K 俘獲7的途徑衰變為Li 的過程中， Be 的核是受到了反衝作用。顯然， 相應於這種反衝能量， 會被某種粒子所帶走， 這種粒子就是中微子。可惜， 當時正值第二次世界大戰， 因此， 這一重大科學成就沒有得到應有的重視和傳播。直到1952 年，戴維斯測出Li 的單能反衝能量， 與王淦昌的預言相符， 從而間接地得到了中微子存在的實驗證據。這也表明， 王淦昌提出的建議的確是一個創見。
對此， 王淦昌並沒有滿足。1946 年， 王淦昌隨浙江大學遷回杭州， 並繼續對中微子問題進行研究。他認為阿倫的實驗雖然得到了肯定的結果， 但是由於精度有限， 需要進行修正。於是， 王淦昌又提了三種新的探測中微子的方法。特別是他提出通過重核裂變來探測中微子， 這又是一個全新的思路。1953 ～1956 年， 美國物理學家柯萬和雷尼斯領導的小組， 利用核反應堆測到了通過核裂變產生的反中微子。
王淦昌對驗證中微子所做出的貢獻， 是現代中國科學家最早做出的最重要的國際性貢獻之一。1943 年， 美國《現代物理論》曾將“王淦昌―阿倫實驗”列為國際物理學重大成就之一， 並用了很長的篇幅作了介紹。其中提到： “阿倫的工作看來是有決定意義的。他按照王淦昌和其他人的建議， 用7Be 這一輕原子核進行K 電子俘獲實驗。”1946 年， 王淦昌被載入美國所編的百年來科學大事記。據我國科學家竺可楨( 曾擔任中國科學院副院長) 記載： “中國人能名列其內者隻有彭恒武與王淦昌二人已。”王淦昌作為物理學家不僅在具體的研究工作中作出了令人矚目的成就， 而且他還是一位出色的科學教育家。他在大學教書期間， 培養出的學生， 都成為我國科學界的知名學者， 他在實際的研究工作中， 也培養出了一大批實驗物理學家。
科學無國界， 科學家都有祖國。王淦昌十分熱愛自己的祖國。他不僅以粒子物理學的研究成就為國爭光， 在粒子發現者的名單中第一次寫上了中國的名字。而且他也能為祖國的需要， 做無名的英雄。那是在1961 年春天， 王淦昌作為中國專家組織者從前蘇聯杜布納聯合原子核研究所回到北京， 準備籌建加速器的工作。4 月的一天， 他接到通知， 說二機部部長找他有事相商。一見麵， 部長開門見山地說， “請你來， 是想請你做另外一件事， 參與領導研製戰略核武器。”王淦昌聽後， 沉思片刻， 迸發出一句穿雲裂石的話：“我願以身許國！”第二天， 他就告別實驗核物理的研究， 走進核武器研究設計院。從此， 王淦昌隱姓埋名17 年， 投身到中國“兩彈”研製的創業之中。為了國家的利益， 王淦昌放下了自己喜愛的、並已做出相當出色成績、很可能還將做出更大成績的研究工作， 服從國家的需要。這種精神是值得後人學習的。
§§第五章 核能與應用
