【王淦昌的故事】王淦昌与“鬼魂粒子”的故事

正当泡利还犹豫不定的时候,王淦昌却毅然决心要找到中微子。在征得导师迈特纳的同意和帮助后,一场艰苦的探索开始了。这个实验的难度非同一般,因为这是一个前无古人的全新探索,没有任何现成的设备可供利用,所有仪器设备都得亲自设计和动手研制。

经过一年多的艰苦探索,王淦昌终于取得了重要成果。他以精确的实验数据,在物理学史上首先初步证实了关于中微子的预言。但是,这个实验尚有许多问题,应该做得更完善才能经得起严格的推敲。可惜,正当他扬帆于科学探索的航程时,留学期限已经到了,而王淦昌又不愿意继续留在德国,他急于返回祖国,贡献出自己的智慧和力量。

回国后,王淦昌到浙江大学任教。但是不久,日本帝国主义发动了全面侵华战争。当时王淦昌一直处于动荡不安的生活之中,无法进行科学研究。直到1940年以后,他才在比较安定的环境中生活。

王淦昌从没有忘记中微子。一旦条件稍微好转,他马上就继续进行寻找中微子的研究。在他离开德国以后的几年时间里,科学家对中微子的认识又有了变化。1936年,英国的狄拉克以很尖锐的措词,反对泡利的中微子假说,他在文章中写道:“中微子这个观察不到的新粒子,是某些研究者闭门造车硬造出来的。”

狄拉克可不是一般的人,他是20世纪最伟大的物理学家之一,又是刚获诺贝尔物理学奖的科学大师。他说根本就没有中微子这个“硬造出来的”玩意儿,那对泡利的假说就非常不利。要想说服狄拉克和许多不相信中微子的人,办法只有一个:在实验室里找到中微子!

可是,想找到中微子又谈何容易啊!近十多年,世界上有许多优秀的物理学家设计了许多巧妙的实验,却硬是找不到这个像“鬼魂”一般的粒子。

王淦昌老师在授课(网络图)

抗日战争日益严重,王淦昌随浙江大学迁到贵州省的湄潭。虽然条件极其恶劣,加上他又患上了肺病,但他仍然以惊人的毅力,决定设计一个巧妙的实验,找到这个神出鬼没的粒子。

他很明确地认识到:“泡利的假说虽然很了不起,但如果不能从实验中找到中微子,则这个假说就是空中楼阁。这么说当然还是比较容易,但真要在实验中做到这一点就不容易了。好在王淦昌这时已不是在德国留学时的王淦昌了,湄潭条件虽差,但王淦昌已经比较成熟了,知道什么事情应该抢先做,也知道该怎么做。

经过一年多的归纳、分析和比较,王淦昌终于设计出一个绝妙的实验方案,他相信这个方案一定可以最终找到中微子。这个方案的思路现在看起来很简单,一般读者也许可以理解。

1940年初,王淦昌从国外一份重要物理期刊杂志上看到一些论述可以产生中微子的核反应,其反应式多为:A → B e ν 。式中A、B为反应前后的两种元素,e 为正电子,ν为中微子。他觉得这种反应式生成三种物质(B、e 和ν),太复杂,不容易准确测定中微子的质量和能量,应该另辟新的途径。经过反复思考,他想到用“K电子俘获”的方法来寻找中微子。

什么是K电子俘获呢?绕核旋转的电子有许多层,最靠近核的那一层被称为K层,如果原子核俘获其K层的电子,这就是K电子俘获。在这一过程里,核不发射电子,而是从最靠近核的K层轨道上俘获一个电子。其反应式为:A e- → B ν 。

式中e-为电子。在这种反应过程后,只有两个粒子(反冲核B和中微子ν),这两个粒子的动量是完全确定的。如果选用比较轻的原子核,反冲核动量比较大,更容易测量。王淦昌还认为,由于轻元素反冲核容易测量,所以建议用铍的K电子俘获过程来检验中微子的存在,即:Be e- → Li ν 。

式中Li是元素锂。可惜当时正是抗日战争最艰难的岁月,教授连工资几乎都拿不到,哪有条件去购买精密仪器来做实验呢?

在万般无奈之中,王淦昌只好把他的设计方案写成文章,先是寄给《中国物理学报》,但没有被采用。1941年10月,王淦昌又把文章寄给美国的《物理评论》。后来,一位中国物理学家说:“这是《中国物理学报》的一个损失。可以说是失之交臂啊!”

王淦昌的文章在美国刊登之后,仅仅两个月的时间,就有一位美国物理学家阿伦按照王淦昌的方案,找到了中微子。王淦昌的论文和阿伦的实验,完全证明了中微子的存在,在当时引起了相当大的轰动。1943年,美国《现代物理评论》将“王淦昌一阿伦实验”列为国际物理学重大成就之一。评论中写道:“王淦昌和阿伦的实验,完全足以证明泡利中微子的假说。”

可惜的是,当时正是第二次世界大战最激烈和最残酷的时期,因此这样一个重大的科学突破,没有引起人们足够的重视,也没有得到应有的宣传,否则是完全有资格问鼎诺贝尔物理学奖的。更令人气愤的是,美国和前苏联的某些人却故意歪曲事实,把王淦昌的重大成就说成是他们的功劳。但历史事实是抹煞不了的,是中国科学家的光荣和功劳,我们有责任弄清事实真相,让每一个中国人都知道,并且牢记在心。