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诺贝尔物理学奖介绍(1961-1970)

已有 3683 次阅读 2014-4-22 08:01 |个人分类:科普|系统分类:科普集锦| 诺贝尔, 物理

诺贝尔物理学奖介绍(1961-1970

 

1961年 奖励霍夫思塔特和穆斯堡尔

 

1)霍夫思塔特获得原子核结构的概貌

 

物理学家不断探索中知道,

原子核由质子和中子构成。

他们天生有更大的好奇心,

探索质子中子的几何尺寸。

 

原子核被笼罩在电子云中,

朦胧身影实在难让人看清。

霍夫思塔特用高能量电子,

撞击多种金属原子核靶心。

 

根据撞击后核外电荷分布,

他勾勒出原子核整体造型。

他用更高能量电子去观察,

核内单个质子中子的情形。

 

霍夫思塔特得出最新结论,

质子中子的形状没有区分。

它们大小相同像刚性球体,

小至万分之几纳米的直径。

 

2)穆斯堡尔发现以自己名字命名的效应

 

你站在河中的小船上

努力跳向岸边的时候,

不要高估自己的实力,

当心掉河打湿你衣衫。

 

因为在你跳跃的瞬间,

活动小船会向后反冲,

耗掉了你的部分能量,

让你的上岸变得危险。

 

如果小船被冰块冻住,

船的反冲就会被消除,

你所使出的全部能量,

都服务于你跳跃上岸。

 

在研究原子核辐射时,

穆斯堡尔将那原子核,

束缚在晶体的晶格中,

像冰完全冻住了小船。

 

辐射排除了反冲干扰,

如你在向岸上的跳跃,

容易到达观察的仪器,

这是穆斯堡尔的发现。

 

无反冲的原子核共振

发射或吸收伽马射线,

有极高的能量分辨率,

是固体精细研究手段。

 

1962年 奖励朗道建立氦核的超流性理论

 

卡皮查发现了氦的超流现象,

物质表现出从未有过的诡异。

液体因粘滞生摩擦难以流动,

低温的氦却能自动爬上杯壁。

 

别人无法理解卡皮查的发现,

朗道用二流体理论给出解释。

像零度时水有固液共存分子,

临界温度下氦中有两类粒子。

 

一种粒子低温凝聚产生超流,

一种粒子高温全为正常粒子。

临界温度之外粒子行为整齐,

表现出超强的集体运动模式。

 

两类粒子存在能量速度关系,

朗道的理论得到实验的证实。

液氦超流是种宏观量子现象,

朗道预测准液氦的其他性质。

 

 

1963年,奖励维格纳、梅耶和詹森

 

1)维格纳提出物理学中对称性原则

 

物体变化遵循着对称定律,

是大自然赐给我们的美丽。

像镜中有个和你一样的人,

他的一举一动是复制的你。

 

这种典型的左右完全对称,

物理学家管它叫宇称守恒。

牛顿力学爱因斯坦相对论,

宏观世界的景象比比皆是。

 

维格纳等一大批物理学家,

认为量子世界也同样如此。

不管是核反应还是放射性,

相互作用中守恒不容置疑。

 

这是粒子物理学早期理论,

现在对宇称守恒有新认识。

弱相互作用下宇称会变化,

杨振宁李政道发现新规律。

 

(2)梅耶和詹森发现原子核壳层结构

 

二、八、二十、二十八,

这些都是数学上的幻数。

当核子的数目为幻数时,

核子形成的结构很结实。

 

科学家发现的这种现象,

与电子的轨道有些类似。

玻尔泡利等科学家发现,

电子排列存在壳层规律。

 

梅耶和詹森的壳层模型,

将核子排列揭示更细致。

核子绕核心旋转并自旋,

核子能量也不完全一致。

 

幻数与核稳定对应关系,

幻核元素表现特殊性质。

相同的核具有不同能量,

实验证明了核壳层原理。

 

 

1964年 微波激射器与激光器的发明

 

你手电筒里的一束平行光,

看似一样其实完全不一样。

赤橙黄绿青蓝紫七色混合,

每一色的光有不同的波长。

如何让同色的光聚合放大,

步调一致产生相同的能量?

爱因斯坦先最先提出理论,

原子吸光后可放同样的光。

 

高能态原子到低能会放光,

是人熟知的自发辐射现象。

低能原子回到高能再放光,

受激辐射的办法费人思量。

 

原子状态反转是必要条件,

像让瀑布水不断回到岩上。

高能多于低能原子更关键,

像瀑布水要不断蓄积能量。

 

物理学家一直在寻找方案,

汤斯用实验完成微波振荡。

巴索夫和普罗霍罗夫两人,

在苏联独立发现类似良方。

 

电磁波步调一致得以实现,

从放大微波到放大可见光。

从战争武器到工业和医疗,

激光的应用领域包罗万象。

 

1965年,奖励费因曼、施温格和朝永振一郎建立量子电动力学

 

光子会发射与吸收,粒子会生与死,

粒子之间、它们和光子之间会碰撞。

物理学家想要一个统一的理论大框,

装进这些电磁相互作用的不同现象。

 

一个可怕的无穷大拦在他们的面前,

它使原本精彩的理论变得颜面无光。

众多科学家在不同地方同时来思考,

更有费因曼、施温格和朝永振一郎。

 

避开发散、积分和微分可消除误差,

施温格和朝永用近似的方法来帮忙。

电子的质量因电子和场的作用改变,

解释电子精细结构时理论大发光芒。

 

费因曼建立起独特的路径积分方法,

写出的量子电动力学有前两人相当。

费因曼图表示粒子传播方向和结果,

描述粒子间相互作用变得简单具象。

 

1966年 奖励卡斯特勒的光磁共振方法

 

当两个物体振动步伐一致,

振动幅度增大就产生共振。

共振在大自然中无处不在,

它对科学的贡献与日俱增。

 

用微波的频率与原子共振,

斯特恩和拉比等研究磁矩。

卡斯特勒采用光作共振源,

光学与微波共振同时发生。

 

发明光抽运激发原子能态,

能操作某个能级粒子数量。

高能级粒子数多于低能级,

集聚效应辐射出更多光能。

 

光磁共振法用于原子物理,

丰富了对微观世界的了解。

卡斯特勒的贡献让人记住,

引导他人完成激光器发明,

 

 

1967年 表彰贝特对恒星能量生成的解释

 

太阳时刻都在辐射出光芒,

世上万物生长才有了能量。

恒星的能量究竟来自何处,

科学家证明是氢的核聚变。

 

核聚变反应过程如何进行,

贝特给出的解答最为圆满。

质子质子循环碳氮氧循环,

才是能量生成的最初阶段。

 

四个质子合成一个氦核

产生光子正电子中微子。

正电子电子湮灭成光子,

链式反应释放光子不断。

最稳定碳接受质子成氮,

不稳定的氮会发生衰变。

循环过程诞生新的元素,

光子正电子中微子相伴。

 

 

1968年 阿尔瓦雷兹氢气泡室发现共振态粒子

 

布莱克特发展了威尔逊的云室,

阿尔瓦雷兹发展格拉塞的泡室。

他的气泡室充满的是氢的液体,

粒子路过时遇到的是单一氢核。

 

越来越精密的扫描和测量仪器,

越来越自动化的照片信息处理,

越来越清晰的径迹让人易辨认,

阿尔瓦雷兹发现了共振态粒子。

 

共振子是寿命极短难测的粒子,

只能用能量宽度表示存在时间。

和稳定粒子一样具有量子特征,

只是在相互作用中发生了衰变。

 

共振态让粒子的图像更加丰富,

科学家深入原子核内奇异世界。

 

1969年,盖尔曼基本粒子分类研究

 

在宇宙射线和高能加速器中,

物理学家发现原子核的世界,

有着令人眼花的上百种粒子,

它们极其活跃却又寿命极短。

 

科学家把它们摆上桌面研究,

像门捷列夫摆弄着化学元素,

给这些看似杂乱的粒子分类

找出它们之间存在何种关系。

 

盖尔曼是个睿智聪明的家伙,

年纪轻轻就有了清晰的思路。

二十五岁提出奇异数的概念,

提出八重分类法时刚过而立。

 

三十五岁时攀上了科学高峰,

和茨威格建立新的夸克模型。

无论是质子中子还是共振态,

夸克是组成它们的基本粒子。

 

上夸克下夸克还有奇异夸克,

它们有正反会自旋还有颜色,

各自带着不同分数电子电荷,

不同夸克构建了粒子的神奇。

 

1970年 阿尔文 磁流体动力学; 奈尔反铁磁性和铁氧体磁性

 

(1)阿尔文

 

阿尔文研究太阳黑子时,

发现了未曾见过的新奇。

黑子中有变形的磁力线,

它像振动的波一样传递。

 

阿尔文命名为磁流体波,

经典电磁理论与之背离。

它在等离子中得到证实,

磁流体才受到人们重视。

 

物质有固体液体和气体,

是人们早已熟悉的事实。

宇宙中有一种常见物质,

是看似神秘的等离子体。

 

等离子体是高温的气体,

组成它的是电子和离子。

太阳黑子中的磁场现象,

由等离子电流自身引起。

 

带电气体流会形成磁场,

磁场和电流产生作用力。

力会影响等离子体运动,

磁流体动力学初步建立。

 

2)奈尔

 

在每一种物体的里面,都有许多小小的磁针。

磁针的不同排列状况,显示物体的不同磁性。

 

在绝大部分物体里面,磁针排列都杂乱无章。

如无人指引散乱人群,显不出任何团结力量。

 

有一些是顺磁性物体,外磁作用下显示磁力。

如那些十分听话的人,会遵照领导指令行事。

 

有一些是抗磁的物体,反抗外部给与的磁性。

正如那些叛逆的人们,会违抗领导意志而行。

 

只有如铁钴镍的磁体,磁针会自动排列整齐。

仿佛那些自觉的人们,不需命令步伐也一只。

 

科学家曾长时间认为,所有铁磁体表现完美。

奈尔发现在不同温度,铁磁体中也有些另类。

 

原子磁矩随温度变化,临界温度决定总磁矩。

反铁磁体的总磁为零,铁氧体磁性类似抗磁。

 

奈尔的理论深刻超前,微观磁结构观察检验。

研究探索新磁性材料,奈尔提供了行动指南。

 



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