8、正电子发现引争议？赵忠尧为何没有获得诺奖在线免费阅读

1931年5月份，保罗狄拉克就已经预言正电子存在了，就差实验验证了呀，果不其然，在15个月后，这正电子就出现在了实验室当中。被美国物理学家安德森发现了，不过说实话，如果这个预言是一位实验物理学家说的，那正电子的发现可能都会提前很长时间，有一个原因是因为搞实验的，一般他不太喜欢搞理论的那套冗长复杂的公式推导，所以你看搞理论的一般要发个文章啊，这搞实验呢就很少有人去看，但如果是同行发的那个搞实验的肯定得瞧瞧。我看看他们研究啥呢？正电子就是最好的例子，实际上在狄拉克预言之前，已经有几个人在实验室当中看到这个正电子了，不过只把他们当做是这个反常现象处理了，没当回事儿，小居里夫妇就曾经在实验室当中啊发现了这个正电子的足迹，还拍了照片儿啊，那可惜这两口子又错失机会了，上次就因为中子的事儿错失过一次机会了。那咱们今天的故事从我国的一位物理学家讲起，就是赵忠尧先生。赵老于1902年出生在浙江诸暨，和狄拉克同岁。1920年从诸暨中学毕业考入南高，师从叶企孙先生。1924年的留校在这个物理系担任助教，1925年的时候啊毕业了，跟随自己的老师叶企孙前往北京清华大学任教。到了1927年赴美留学。赵老家里条件不是那么好，当时有一个基金会叫做中国文化教育促进基金会，在这个基金会的资助之下，然后自己还借了点儿钱前往美国加州理工学院。导师就是咱们之前提过的密立根，这个时候光子已经得到认同了呀，密立根也拿到诺奖了，所以在实验方面呢还是很有地位了，那这个时候的密立根他在研究啥呢？在研究宇宙射线。射线这个词就是老一辈留下来的，就叫习惯了，懒得改了啊，一般我们听说这个射线呢就感觉是电磁波，对吧？但是宇宙射线了99.99%，那都是高能原子核啊，就是粒子只有很少的一部分是高能电磁波。然后呢在这些粒子当中，最主要的就是质子，89%左右都是质子，就是氢原子数，有10%左右是氦原子核，就是阿尔法粒子，那剩下的少量的就是重元素的原子核或者是这贝特射线啥的。来源呢，就主要是太阳啊或者是其他恒星爆炸了，就会不间断的放出这个射线，有一部分就射到地球了，那你会说说为啥研究他呢？哎，这个宇宙射线有一个好处就是这些粒子在经过恒星磁场加速之后，它们速度都比较高，所以能量就很高啊，那当时这个实验条件还不允许的时候啊，你没有啥加速器啥的，那你想要用这个高能的粒子咋办呢？只能用宇宙射线。所以当时很多实验物理学家没事儿就爬山啊，有的还坐热气球啊，就是为了更集中的宇宙射线。密立根研究的就是这个，他当时在宇宙射线领域那也是首屈一指的权威人物啊，那密立根给赵忠尧的论文题目是啥了？当年卢瑟福留下的那个坑，还记得不，卢瑟福最开始说中子就是质子和电子组成的，后来发现不是，中子就是中子，它就是另一个基本粒子，密立根就说质子和电子有没有可能组成新的粒子呢？一个负一个正，没准儿就碰撞出火花来了，说既然地球上找不着，那就看看这个宇宙射线里边有没有吧。当时这个密立根研究出来了一半，他得出一个结论，就是如果质子要是能和这个电子结合的话，它就会产生一个新粒子，然后放出伽马射线。这伽马射线就是从原子核里边儿射出来的电磁波，就是频率高，波长短，如果一个电磁波的频率它属于伽马射线的范围，那这个伽玛射线它也有强弱之分嘛，就最强的这部分它就叫做硬伽玛射线，那相对较弱的呢，你就叫做软伽玛射线，X射线也一样，也有软硬之分，从原子核里边儿辐射出来的伽马射线就是硬伽玛射线。然后当这个伽玛射线通过一个物质的时候啊，他就会和这个物质里边儿的电子发生碰撞，也就会损耗一些能量啊，或者说伽马射线的能量被这个物体吸收了一部分。然后以不同的这个散射角散射出来，这就是咱们之前说的康普顿效应还记得吧，但是康普顿就只提出了这个现象了，那具体定量的研究它不是很深刻，也就是说这伽马射线是被吸收了。那具体吸收了多少呢？这个问题啊，当时有人研究，瑞士的一个物理学家叫做克莱因，他和日本的一个物理学家叫做仁科芳雄，他们在理论上给出了一个公式，那个叫做克莱因仁科方程。这个方程就可以计算伽玛射线具体被吸收了多少能量啊，然后呢这个方程里边儿有一个吸收系数。因为你不同的这个物质对于伽玛射线的吸收能力肯定是不一样的，所以密立根给赵忠尧的论文题目就是让他去测量这个硬伽玛射线对于不同物质的吸收系数，然后来检测克莱因仁科方程的正确性。明白了没？于是赵忠尧就去做实验啊，他用的是2.6M电子伏特的伽马射线，这电子福特就是一个能量的单位，它代表的是一个电子通过1伏特的这个电位差加速之后获得的能量。换算成焦耳大概是1ev=1.602×10^-19J，你知道它是能量单位就行。然后他就发现说这个伽玛射线通过比较轻的元素的时候啊，计算结果和这个克莱因人格方程相符，但是通过比较重的元素的时候就不行了，赵老当时好像用的是铅。他就把这个现象称作是反常吸收，就是通过测量吸收能量得出来的，这个值要比计算出来的要大，比公式的结果大了是40%左右，然后他就把这个结果和密立根说了，密立根一看，高了40%，说不对吧，你是不是测错了呀？哎，就没同意发表，这一拖耽搁了好几个月。本来是1929年底发现的，后来是别人求情，赵忠尧这个结果应该没啥问题啊，所以到了1930年才发表了出去，然后赵忠尧就继续做实验了，他又发现了，不仅反常，吸收射出来的能量也不对了，按照常理来想啊，你看电子吸收多了，那辐射出来的这个伽玛射线能量就会减少了，结果不减反增多了0.5M电子福特。同样是在1930年发表在美国的物理评论上，您可别小看我刚才说了几个数据哈。我给大伙说说是咋回事儿？首先赵老发现这个时间要比狄拉克预言的还要早，然后呢额外散射的这0.5M电子伏特的能量啊，近似是一个光子的能量，实际上赵老发现这件事儿啊。他真实的物理描述是这样的，一束伽马射线打过来啊，它会在这个原子核周围产生一个正负电子对，所以这个伽玛射线这个能量就减少了呀，那你看起来的结果就是这个物质它吸收的能量变多了，以得出了反常吸收的结论。然后呢这正负电子对它又会迅速的湮灭，又变成了光子和伽马射线就一起辐射出来了，就导致了所谓的额外辐射，这个正负电子对湮灭所产生的能量刚好是0.5M电的部分。如果赵老师继续研究下去啊，也许还没到1931年，就在狄拉克预言之前就发现正电子。

不过可惜的是，1931年国内918事变，赵忠尧先生选择了回国尽一份赤子之心，这也让他和诺贝尔物理学奖擦肩而过。赵忠尧的一个同学叫做安德森，这位也是密立根的学生啊，

他研究的就是这个宇宙射线辐射到云室里边儿留下来的这些轨迹啊，他用的云室加了一个很强的磁场，所以这个宇宙射线里边儿要是有带电粒子的，你就会在云室里边儿产生偏转的曲线。然后再通过右手定则去判断这个具体带的是什么电。那如果这个粒子的质量比较大啊，那这个痕迹呢就会比较粗，如果粒子的质量比较小，那痕迹就会比较细啊，这不是很好理解，对吧？有一天呢他就发现宇宙射线啊留下来的痕迹当中啊有一束痕迹和电子长得差不多。唯独不同的是它偏转方向是反的诶，但当时也不知道正电子的，

所以他就想根据这个偏转方向来看，肯定是带正电的。那能是啥呢？质子？质子又不会留下这么细的痕迹啊，他就去问密立根。密立根说，这就是质子，要不然带正电的是啥？安德森就半信半疑。他又想到一种可能啊，就是有可能就是电子从云室底下射上来了，哎，就有可能是这个贝塔射线打到地表，然后反弹了，从云室由下至上，这个偏转方向就对了。于是他就想了一个办法就检测一下吧，很聪明，他在磁云室中间放了一块铅片，那这个射线，他通过铅片之后就会，被吸收一部分能量，那速度就会降低，所以它偏转的角度就会更大，然后呢一看上线曲率大还是下边曲率大就知道是从哪里射过来的了，结果发现就是从上至下射过来的，所以安德森推论，应该是一束质量和电子差不多，不过它是带正电的新粒子。那导师密立根就极力反对了，说不可能就质子，这又提到咱们前边儿最开始聊的话题了，这二位都是搞实验的，就谁也没看狄拉克的文章，最后安德森又做了很多实验，还是不顾导师的反对，在1932年9月份发表论文宣称自己发现“类电子粒子”，杂志社编辑说“类电子粒子”是啥？你要不然就叫正电子吧，反正带正电的，哎，就这么着正电子就有了，后来人们发现这就是狄拉克预言的反电子啊，于是这安德森一人占得了1936年的诺贝尔物理学。你可能要问了赵忠尧先生这么大的贡献为啥没和他平分呢？哎，其实当时啊还有一伙人在找正电子，是卢瑟福的一个学生叫我布莱克特（1946年诺奖得主），他听说了之后啊，就和卢瑟福说说老师我想找正电子，卢瑟福没同意啊，卢瑟福说你别听他们搞理论的啊，那东西不一定存不存在，不过这老哥偷着找。还真有让他发现了这个正电子的轨迹了，还是和电子一起发现的啊，在这个云室里发现了一个轨迹，突然分道扬镳，然后向两边旋转很漂亮，

然后他就去找狄拉克去问，说看看这是不是正电子。狄拉克当时就在他们这个办公楼的对面，结果狄拉克本身话就少了，一看就过来又是一个搞实验的，这俩人就没聊到一起去，然后在1933年的2月份这个时间要比安德森还要早，他就发表了一篇文说发现了一种粒子，可能是正电子，所以啊说这个话分怎么说啊？最主要的是他这边论文里边儿引用了赵忠尧的论文，但是他把赵忠尧这论文的发表日期写错了，写成了1931年了，还有赵忠尧发现了这个0.5M电子伏特的能量，他说这个结果我已经很多人计算出来了。实际上只有赵忠尧得出了这个结果。后来这个诺贝尔评委会一看，就把赵忠尧的功绩看的没那么重，然后他自己又没确定的说发现正电子了，结果转年人家安德森那边儿就公布，还得感谢那个编辑，他一看安德森的论文在低头一看，自己手里边儿拿了七百多张在云室里边儿拍摄的正电子的照片儿。后悔至极呀，至此关于正电子的故事就可以结束了，这正电子为人类开辟了一条寻找基本粒子的道路啊，就是找反粒子。那后来陆陆续续人们又发现了反质子，反中微子等等。1990年的2月份就美国华盛顿大学的一个物理学者啊叫做德迈尔特，他发表了一篇论文，说呢他捕获了一只正电子，还让它存活了三个月之久，我们知道自然界当中到处都是电子，你只要一遇到那就得灰飞烟灭的，因此这件事儿在当时那也是一个大新闻。德尔特使用的技术正是美籍华人朱迪文发明的激光冷却技术，朱迪文也因此获得了1997年的诺贝尔物理学奖。好吧，那今天咱们就聊到这儿，下个基本粒子又是啥呢？下期接着聊下期见，拜拜。

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