6. 王淦昌与中微子
王淦昌是现代中国最杰出的一位物理学家。他从1930 年师从著名犹太裔女物理学家迈特纳开始， 进入物理学研究领域， 取得了许多重大的科学成就。50 年代末， 他领导的―研究小组在世界上首次发现了∑ 一粒子， 即反亚格马负超子。正当他开始在粒子物理学领域大展身手的时候， 祖国需要研制原子弹和氢弹， 他毅然决然地服从国家的召唤， 参加了两弹的研制和组织领导工作， 是国内外公认的两弹功勋之一。他曾独立地提出用激光打靶实现受控核聚变的创议， 是我国激光物理、等离子体物理等领域的开拓者。这里， 着重介绍王淦昌在中微子研究中所作出的贡献。
上一篇， 我们已经提到， 由于中微子的特性， 要想在实验上直接找到中微子是很困难的， 就连中微子假说的提出者泡利也认为不太可能。不过， 在科学研究中， 有些假说的验证也可以先从它的存在条件上去考虑。由因果关系出发， 如果满足一定的条件， 相应的结果就会产生。泡利就曾经过反复考虑， 提出了一个实验上可以检验的预言： 从原子核里辐射出的β粒子和穿透力很强的中微子的能量和， 应该有一个明晰的上限。泡利认为： 如果β射线能量谱的上限是明晰的， 那么他关于中微子的假设就是正确的。不久， 在德国柏林大学的王淦昌按照导师迈特纳的指导， 选取元素镭的同位素( RaE) 的β 射线谱进行研究。是一个全新的探索， 需要自己动手制作实验仪器。王淦昌用自制的计数管进行实验测量， 准确地测出了RaE 射线谱的上限。这一结果发表在1932 年1 月的德国《物理学期刊》第74 卷上。这是物理学史上， 第一个证实了泡利关于β射线谱有明晰上限的实验， 是对中微子假说的一个有力支持。
英国剑桥大学卡文迪许实验室的物理学家埃利斯和莫特以及埃利斯的学生亨德森也先后通过实验证实了β射线谱有一个明晰的上限。
十分遗憾的是， 王淦昌的这一科学成就却长期被忽略了， 人们往往都把这一成就仅仅归于埃利斯和莫特。最近， 我国两位科学史工作者刘宏葆和何亚平对这段历史进行了详细地考察， 特别指出了王淦昌的研究工作与埃利斯等人的工作相比有两个特点： 一是， 王淦昌的实验选取的元素是更适宜的， 元素RaE 在β衰变时不夹杂γ射线， 因此结果更为明确； 二是， 王淦昌实验结果的发表时间是1932 年， 要早于埃利斯和莫特的1933 年， 更早于亨德森的1934 年。
王淦昌在中微子研究上的第二个重要成就是他提出了俘获中微子的方法。
β射线谱有明晰上限的实验事实， 对中微子假说仍只能算是个间接支持。只有从实验上直接观测到中微子， 才会打消人们的疑虑。可是证实中微子存在的确是一个极为困难的事情， 王淦昌对此十分清楚。因此， 他也十分关注这方面的研究进展。
王淦昌在1934 年回国后， 先后在山东大学、浙江大学任教。由于抗日战争爆发， 浙江大学转移到贵州。当时不仅实验条件非常缺乏， 而且就是日常生活都很困难。王淦昌又患有肺病， 真是异常艰苦。然而， 正是在这样的条件下， 王淦昌提出了用K 电子俘获的方法， 去探测中微子。他指出， 当一个β+ 放射性原子不是放出一个正电子而是俘获一个K 层电子时， 反应后的原子的反冲能量和动量仅仅取决于所放射的中微子。于是， 只要测量反应后原子的反冲能量和动量， 就比较容易找到所放射的中微子的质量和能量。王淦昌还建议用元素铍的同位素7Be 作为实验样品， 通过K 俘获的7过程得到Li 的反应能量， 他之所以建议用Be ， 是因为它是最轻元素的放射性同位素中的一个。核的质量越轻， 则它所7经受的反冲作用就越显著。另外， Be 衰变为Li 时， 即不产生γ射线， 也不产生正电子。也就是说，7Be 的核确是以K 俘获的方式衰变的。
同样令人十分遗憾的是， 当时国内根本不具备进行这类实验的起码条件。王淦昌自己无法做这个实验， 而只能把这一验证中微子存在的简便方法写成论文， 于1942 年寄到了美国， 在《物理评论》上发表。文章发表以后， 美国物理学家阿伦立即按照王淦昌提出的方法进行了实验， 得到了肯定的结果。只是由于阿伦所用样品较厚的原因， 没有能观察到单能的7Li 反冲。但实验结果还是表明了， 在7Be 以K 俘获7的途径衰变为Li 的过程中， Be 的核是受到了反冲作用。显然， 相应于这种反冲能量， 会被某种粒子所带走， 这种粒子就是中微子。可惜， 当时正值第二次世界大战， 因此， 这一重大科学成就没有得到应有的重视和传播。直到1952 年，戴维斯测出Li 的单能反冲能量， 与王淦昌的预言相符， 从而间接地得到了中微子存在的实验证据。这也表明， 王淦昌提出的建议的确是一个创见。
对此， 王淦昌并没有满足。1946 年， 王淦昌随浙江大学迁回杭州， 并继续对中微子问题进行研究。他认为阿伦的实验虽然得到了肯定的结果， 但是由于精度有限， 需要进行修正。于是， 王淦昌又提了三种新的探测中微子的方法。特别是他提出通过重核裂变来探测中微子， 这又是一个全新的思路。1953 ～1956 年， 美国物理学家柯万和雷尼斯领导的小组， 利用核反应堆测到了通过核裂变产生的反中微子。
王淦昌对验证中微子所做出的贡献， 是现代中国科学家最早做出的最重要的国际性贡献之一。1943 年， 美国《现代物理论》曾将“王淦昌―阿伦实验”列为国际物理学重大成就之一， 并用了很长的篇幅作了介绍。其中提到： “阿伦的工作看来是有决定意义的。他按照王淦昌和其他人的建议， 用7Be 这一轻原子核进行K 电子俘获实验。”1946 年， 王淦昌被载入美国所编的百年来科学大事记。据我国科学家竺可桢( 曾担任中国科学院副院长) 记载： “中国人能名列其内者只有彭恒武与王淦昌二人已。”王淦昌作为物理学家不仅在具体的研究工作中作出了令人瞩目的成就， 而且他还是一位出色的科学教育家。他在大学教书期间， 培养出的学生， 都成为我国科学界的知名学者， 他在实际的研究工作中， 也培养出了一大批实验物理学家。
科学无国界， 科学家都有祖国。王淦昌十分热爱自己的祖国。他不仅以粒子物理学的研究成就为国争光， 在粒子发现者的名单中第一次写上了中国的名字。而且他也能为祖国的需要， 做无名的英雄。那是在1961 年春天， 王淦昌作为中国专家组织者从前苏联杜布纳联合原子核研究所回到北京， 准备筹建加速器的工作。4 月的一天， 他接到通知， 说二机部部长找他有事相商。一见面， 部长开门见山地说， “请你来， 是想请你做另外一件事， 参与领导研制战略核武器。”王淦昌听后， 沉思片刻， 迸发出一句穿云裂石的话：“我愿以身许国！”第二天， 他就告别实验核物理的研究， 走进核武器研究设计院。从此， 王淦昌隐姓埋名17 年， 投身到中国“两弹”研制的创业之中。为了国家的利益， 王淦昌放下了自己喜爱的、并已做出相当出色成绩、很可能还将做出更大成绩的研究工作， 服从国家的需要。这种精神是值得后人学习的。
§§第五章 核能与应用
上一篇， 我们已经提到， 由于中微子的特性， 要想在实验上直接找到中微子是很困难的， 就连中微子假说的提出者泡利也认为不太可能。不过， 在科学研究中， 有些假说的验证也可以先从它的存在条件上去考虑。由因果关系出发， 如果满足一定的条件， 相应的结果就会产生。泡利就曾经过反复考虑， 提出了一个实验上可以检验的预言： 从原子核里辐射出的β粒子和穿透力很强的中微子的能量和， 应该有一个明晰的上限。泡利认为： 如果β射线能量谱的上限是明晰的， 那么他关于中微子的假设就是正确的。不久， 在德国柏林大学的王淦昌按照导师迈特纳的指导， 选取元素镭的同位素( RaE) 的β 射线谱进行研究。是一个全新的探索， 需要自己动手制作实验仪器。王淦昌用自制的计数管进行实验测量， 准确地测出了RaE 射线谱的上限。这一结果发表在1932 年1 月的德国《物理学期刊》第74 卷上。这是物理学史上， 第一个证实了泡利关于β射线谱有明晰上限的实验， 是对中微子假说的一个有力支持。
英国剑桥大学卡文迪许实验室的物理学家埃利斯和莫特以及埃利斯的学生亨德森也先后通过实验证实了β射线谱有一个明晰的上限。
十分遗憾的是， 王淦昌的这一科学成就却长期被忽略了， 人们往往都把这一成就仅仅归于埃利斯和莫特。最近， 我国两位科学史工作者刘宏葆和何亚平对这段历史进行了详细地考察， 特别指出了王淦昌的研究工作与埃利斯等人的工作相比有两个特点： 一是， 王淦昌的实验选取的元素是更适宜的， 元素RaE 在β衰变时不夹杂γ射线， 因此结果更为明确； 二是， 王淦昌实验结果的发表时间是1932 年， 要早于埃利斯和莫特的1933 年， 更早于亨德森的1934 年。
王淦昌在中微子研究上的第二个重要成就是他提出了俘获中微子的方法。
β射线谱有明晰上限的实验事实， 对中微子假说仍只能算是个间接支持。只有从实验上直接观测到中微子， 才会打消人们的疑虑。可是证实中微子存在的确是一个极为困难的事情， 王淦昌对此十分清楚。因此， 他也十分关注这方面的研究进展。
王淦昌在1934 年回国后， 先后在山东大学、浙江大学任教。由于抗日战争爆发， 浙江大学转移到贵州。当时不仅实验条件非常缺乏， 而且就是日常生活都很困难。王淦昌又患有肺病， 真是异常艰苦。然而， 正是在这样的条件下， 王淦昌提出了用K 电子俘获的方法， 去探测中微子。他指出， 当一个β+ 放射性原子不是放出一个正电子而是俘获一个K 层电子时， 反应后的原子的反冲能量和动量仅仅取决于所放射的中微子。于是， 只要测量反应后原子的反冲能量和动量， 就比较容易找到所放射的中微子的质量和能量。王淦昌还建议用元素铍的同位素7Be 作为实验样品， 通过K 俘获的7过程得到Li 的反应能量， 他之所以建议用Be ， 是因为它是最轻元素的放射性同位素中的一个。核的质量越轻， 则它所7经受的反冲作用就越显著。另外， Be 衰变为Li 时， 即不产生γ射线， 也不产生正电子。也就是说，7Be 的核确是以K 俘获的方式衰变的。
同样令人十分遗憾的是， 当时国内根本不具备进行这类实验的起码条件。王淦昌自己无法做这个实验， 而只能把这一验证中微子存在的简便方法写成论文， 于1942 年寄到了美国， 在《物理评论》上发表。文章发表以后， 美国物理学家阿伦立即按照王淦昌提出的方法进行了实验， 得到了肯定的结果。只是由于阿伦所用样品较厚的原因， 没有能观察到单能的7Li 反冲。但实验结果还是表明了， 在7Be 以K 俘获7的途径衰变为Li 的过程中， Be 的核是受到了反冲作用。显然， 相应于这种反冲能量， 会被某种粒子所带走， 这种粒子就是中微子。可惜， 当时正值第二次世界大战， 因此， 这一重大科学成就没有得到应有的重视和传播。直到1952 年，戴维斯测出Li 的单能反冲能量， 与王淦昌的预言相符， 从而间接地得到了中微子存在的实验证据。这也表明， 王淦昌提出的建议的确是一个创见。
对此， 王淦昌并没有满足。1946 年， 王淦昌随浙江大学迁回杭州， 并继续对中微子问题进行研究。他认为阿伦的实验虽然得到了肯定的结果， 但是由于精度有限， 需要进行修正。于是， 王淦昌又提了三种新的探测中微子的方法。特别是他提出通过重核裂变来探测中微子， 这又是一个全新的思路。1953 ～1956 年， 美国物理学家柯万和雷尼斯领导的小组， 利用核反应堆测到了通过核裂变产生的反中微子。
王淦昌对验证中微子所做出的贡献， 是现代中国科学家最早做出的最重要的国际性贡献之一。1943 年， 美国《现代物理论》曾将“王淦昌―阿伦实验”列为国际物理学重大成就之一， 并用了很长的篇幅作了介绍。其中提到： “阿伦的工作看来是有决定意义的。他按照王淦昌和其他人的建议， 用7Be 这一轻原子核进行K 电子俘获实验。”1946 年， 王淦昌被载入美国所编的百年来科学大事记。据我国科学家竺可桢( 曾担任中国科学院副院长) 记载： “中国人能名列其内者只有彭恒武与王淦昌二人已。”王淦昌作为物理学家不仅在具体的研究工作中作出了令人瞩目的成就， 而且他还是一位出色的科学教育家。他在大学教书期间， 培养出的学生， 都成为我国科学界的知名学者， 他在实际的研究工作中， 也培养出了一大批实验物理学家。
科学无国界， 科学家都有祖国。王淦昌十分热爱自己的祖国。他不仅以粒子物理学的研究成就为国争光， 在粒子发现者的名单中第一次写上了中国的名字。而且他也能为祖国的需要， 做无名的英雄。那是在1961 年春天， 王淦昌作为中国专家组织者从前苏联杜布纳联合原子核研究所回到北京， 准备筹建加速器的工作。4 月的一天， 他接到通知， 说二机部部长找他有事相商。一见面， 部长开门见山地说， “请你来， 是想请你做另外一件事， 参与领导研制战略核武器。”王淦昌听后， 沉思片刻， 迸发出一句穿云裂石的话：“我愿以身许国！”第二天， 他就告别实验核物理的研究， 走进核武器研究设计院。从此， 王淦昌隐姓埋名17 年， 投身到中国“两弹”研制的创业之中。为了国家的利益， 王淦昌放下了自己喜爱的、并已做出相当出色成绩、很可能还将做出更大成绩的研究工作， 服从国家的需要。这种精神是值得后人学习的。
§§第五章 核能与应用
