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核科学群英谱(15):“数奇难封诺奖“的大学者 王淦昌

已有 24490 次阅读 2022-7-24 18:09 |系统分类:科普集锦

中国人当然有能力获得诺贝尔奖,李-杨早在1957年在三十多岁就曾获得了诺贝尔物理奖;实际上曾在诺贝尔物理奖的边上多次转悠过的中国人还有几位,本文主角、中国核科学的奠基人和开拓者之一王淦昌(1907.05.28-1998.12.10)先生就是其中一位“数奇难封诺奖“的核物理学家。

王淦昌生于江苏常熟县枫塘湾,父亲王以仁是当地很有名望的中医,不过长期受困于膝下只有三个女儿。他的两个大女儿成家后,为小女儿招女婿入赘王家, 女婿改姓王,名舜昌,王舜昌跟随王以仁学医;但是毕竟“不孝有三、无后为大”,因此在年过半百之后再娶继室但是久未生育,于是领养一个儿子起名王𬬩昌,排行第二(后称为纨绔子弟、四十多岁去世,其子文革中被打死;女儿王锐在昆明冶金所工作)。王以仁在王淦昌出生时已经60余岁,可谓老来得子;不幸的是,王淦昌不满四岁时王以仁先生却与世长辞。所幸彼时王舜昌继续行医,而且兼做药材生意致家业日隆,他对两个弟弟很好。1913年王淦昌读私塾,二年后去沙溪小学寄宿读书;1920年春(13岁)母亲病逝后,由大哥王舜昌和外婆抚养,同年迎娶了16岁的媳妇吴月琴(她与王淦昌在一起相濡以沫78载,成为王淦昌的贤内助)。不久王淦昌在亲戚帮助下去上海浦东中学读书,四年毕业后学习英语,1925年学习汽车驾驶和维修技术,同年考入清华大学,1929年成为清华大学物理系第一届毕业生,毕业论文指导教师是中国近代物理学研究奠基人之一吴有训先生。

王淦昌在1930年秋天作为官费留学生去德国柏林大学威廉皇家化学研究所读研究生,导师为莉泽-迈特纳[见《核科学群英谱(6): 无冕女王 迈特纳和吴健雄》,https://blog.sciencenet.cn/blog-3404169-1344360.html, 为了表彰她的重大贡献第109号化学元素以她的姓氏命名]。谁也想不到,王淦昌很快会跑到了诺贝尔物理奖的边儿上,而当时他只有24岁。他在1931年上半年听了波特(Walther Bothe)及其学生贝克(Herbert Becker) 实验的介绍,他们用钋产生的alpha 粒子轰击铍发现一种电中性并且穿透力很强的“辐射”,不过认为这个“辐射”是高能量的gamma 光子。王淦昌先后两次向迈特纳建议用云室重复这个实验,以便弄清这种“辐射”的本质,非常遗憾的是迈特纳没有同意这个建议!1932年约里奥-居里夫妇发现这种“辐射”可以从石蜡打出质子,不过依旧解释为一种gamma光子。而查德威克1932年2月用云室重做这个实验,认定这个所谓“辐射”是不带电、质量与质子相当的中性粒子,称为中子(见《核科学群英谱(3): 中子的发现者 查德威克》,https://blog.sciencenet.cn/blog-3404169-1343551.html)这也是两个人第一次与诺贝尔奖插肩而过。王淦昌先生后来回忆说:“心里总觉得是一个遗憾,自己没有尽全力去说服导师,以求得她的支持,创造实验条件,这时终身的遗憾。后来有人为我惋惜,我也就半开玩笑地说`如果我当时做出来了,王淦昌就不是今天的王淦昌了‘。”迈特纳在查德威克宣布发现中子后,后悔地对王淦昌说:“这是运气问题”。迈特纳后来在原子核裂变现象的发现过程中也起了重要作用,但是没有被授予诺贝尔奖,看来运气也确实不在她那里,王淦昌也就跟着不太走运了。我们假想一下,如果迈特纳在那时支持了王淦昌先生的建议,王淦昌和迈特纳在1931年夏季应该就能发现中子,二个人在几年内被授予诺贝尔奖应该是大概率事件;假如这样,那么王淦昌先生获诺贝尔奖时还不到三十岁!

王淦昌并没有过多受到这件事的影响,他勤奋工作,于1933年底顺利通过博士论文答辩。不久离开德国,短暂访问欧洲多个实验室后回国,先后在山东大学、浙江大学任教。

1938年因为抗日战争浙江大学搬迁辗转多地;1940年王淦昌患肺结核病。他在养病期间思考中微子假设的验证问题,又一次提出了具有国际领先水平的实验方案[当然,在王淦昌那样的物质条件做实验是不可能的],他《关于探测中微子的一个建议》1941年10月寄给物理学评论(Physical Review),次年1月刊登 [Kan Chang Wang, Physical Review 61, 97(1942)]。大约半年之后,美国学者阿伦 (James S. Allen) 根据王淦昌的思路(Be-7 的K 电子俘获过程)找到了中微子的实验证据,在阿伦的论文 [Physical Review 61,692 (1942)]中提到“The decay process involving the capture of an orbital K electron offers another possibility for the detection of the neutrino. The decay of Be-7 is the best example of this process. Kan Chang Wang recently has suggested the use of this substance in a neutrino experiment [3] … ... Since the Be-7 decay is not complicated by the emission of electrons, the recoil of the nucleus, if observed, should be entirely due to the ejection of the neutrino.”这里的文献[3] 就是王淦昌的这篇文章。1947年王淦昌先生在这个途径上又做了补充[Physical Review 71, 645 (1947)]。阿伦等后来进一步改进实验,观测到了Li-7 核反冲能量极值[Physical Review 81,381 (1951)], 在这篇文章中作者们论文的第一句话就引述王淦昌的工作,”As was first pointed out by Wang [1] it seems likely that an investigation of the recoil energy spectrum in the decay of Be-7 will yield an excellent verification of the neutrino hypothesis. Since the decay scheme of Be-7 is well known and quite simple, the results of such an experiment should be relatively unambiguous.”文献[1] 还是王淦昌在1942年初的文章。1952年美国布鲁克海文国家实验室的戴维斯(Jr. Raymond Davis) 终于非常干净地实现了这个实验[Physical Review 86, 976 (1952)],因此王淦昌的科学思想非常有说服力地证实了中微子假设。中微子的直接探测尝试是1953年科万 (C. L. Cowan)-来因斯 (F. Reines)中微子实验(F. Reines and Jr. C. L. Cowan, LANL报告https://www.osti.gov/servlets/purl/4425708-LbpskH/, on the detection of the free neutrino, 实验解释说明见维基百科网页https://en.wikipedia.org/wiki/Cowan–Reines_neutrino_experiment), 1956年他们改进了实验,确凿地探测到了中微子[Jr. C. L. Cowan, F. Reines et al., Science 124, 103-104 (1956)],其中来茵斯因此获得了1995年诺贝尔物理奖。总而言之,王淦昌先生以其过人的智慧,在条件极其艰苦的情况下提出了检验中微子假说巧妙的实验方案,在人类寻找中微子的漫长历程中做出了重大贡献。

1943年王淦昌任浙江大学物理系主任,在1947年被派美国访问,1949年初回国。这段时间王淦昌及其合作者在美国Physical Review期刊、英国的Nature 期刊等发表宇宙线粒子的新实验方法、核力-重子之间关系、重子放射性、五维场论、中子和反质子、介子衰变等方面的论文。

王淦昌从美国回来后不久调至北京的中国科学院近代物理研究所(曾短期参加土改工作队),1952年任副所长,并曾冒生命危险,赴朝鲜战场调查美军是否使用放射性武器(志愿军曾怀疑美军使用的一种威力很大的炮是”原子炮”,1952年王淦昌和几个同事在朝鲜战场工作4个月实地调查此事)。1954年王淦昌等在云南建造高山宇宙线实验室,使我国宇宙线研究进入当时的国际先进行列,他与合作者关于宇宙线的多篇论文陆续发表在《物理学报》上。

1956年9月王淦昌去苏联参加杜布纳联合原子核研究所成立会议后留在该所任研究员,不久建立一个研究组,1959年任该研究所的副所长,同年王淦昌研究组在气泡室40000张底片中发现了一例反西格马负超子,这是在高能pi 介子核反应中第一次观测到有反粒子产生、衰变和衰变产物湮灭的完整图像。这篇文章正式发表在国内的《物理学报》上,苏联《实验与理论物理期刊》也发表了这项成果;国内的《人民日报》、苏联的《真理报》对此发现做了报道,受到广泛关注。这个发现进一步证实宇宙中存在反粒子,当时被认为是发现反质子、正电子之后在反粒子方面的最重要发现,当然也是国际级别的重大研究成果。

1960年底王淦昌回国,1961年起参加和领导核武器研制方面的研究工作。因为王淦昌先生为具有国际威望的专家,基于保密原因他更名为王京,从此隐姓埋名17年,可谓以身许国。在此期间(1964年)王淦昌还独立提出激光打靶实现核聚变的设想,是世界激光惯性约束核聚变理论和研究的创始人之一,也使我国在这一领域跻身当时国际前列。1980年他出任中国核学会首任理事长,1982年他与同事获得两项国家自然科学一等奖[(反西格马负超子的发现、** 轰爆原理突破)。非常有趣的是,王淦昌的儿子王懋基因发现大庆油田方面的贡献在同一年也获得了国家自然科学一等奖], 1985年获得一项国家科技进步特等奖(**研制和试验)。八十年代之后,王淦昌先生大力推动惯性约束聚变研究和核电等核技术事业,是发展国家高技术的863计划的四位建议人之一。

王淦昌先生家庭生活简朴、淡薄金钱,在抗战初期他和夫人吴月琴把家里金银首饰全部捐给了国家支援抗战,1949年他又把范旭东奖金3000 美元分送给经济上更困难的同事、学生,1960年从苏联回国前把积攒下的几乎全部工资交给了中国驻苏联大使(为当时国家苦难尽绵薄之力);1982年获得的自然科学奖的3000 元奖金捐给原子能院和子弟学校,1986年他又向原子能院的”王淦昌基础教育奖励基金会”捐款4万元等。在王淦昌逝世后,他的孩子们在父亲精神影响下将其生前所得的何梁何利成就奖 50万元捐出设立了“王淦昌物理奖”,奖励在惯性约束核聚变和粒子物理领域有突出贡献的研究人员,同时为家乡常熟市捐款10万元支持当地教育事业。

王淦昌先生1998年因癌症在北京逝世,在病重期间和逝世后许多领导和著名学者前往医院看望或以各种形式表示深切悼念并向其亲属表示亲切慰问。2007年国家天文台把1997年发现的一颗小行星命名为“王淦昌星“,同年在人民大会堂举办纪念王淦昌百年诞辰大会,国内多个单位(中国科学院、中国工程院、中国核工业集团、原子能院等)也组织参加了纪念王淦昌诞辰100周年座谈会和书画图片展。现在有关王淦昌的书籍有《王淦昌全集》[王乃彦主编,河北教育出版社]、《纪念核物理学家王淦昌文集》[杜婉祥主编,中国科学技术出版社]、《王淦昌和他的科学贡献》[胡济民、许良英等主编,科学出版社]、《惊天动地两弹元勋王淦昌》[何建明著,四川科学技术出版社]、《中国当代著名科学家王淦昌》[钱伟长、朱光亚、杨福家主编,贵州人民出版社]、《无尽的追问》[王淦昌讲述、汤振华整理,湖南少年儿童出版社]等。

王淦昌先生在基础研究前沿领域多次取得世界级别的重大成果,虽然他没有获得诺贝尔物理奖,然而毫无疑问地,他对于物理学重大问题和发展都具有极为深远的洞察力, 是一位诺贝尔奖获得者量级的国际顶尖学者。他还是中国实验核物理、宇宙射线及粒子物理研究的主要奠基人和开拓者。在高校以及后来国防建设、在原子能院工作期间影响和造就了一批人才,包括李政道、周光召、邓稼先、于敏、陈能宽、程开甲、唐孝威、杜祥琬、胡仁宇、胡思得、吕敏、丁大钊、王乃彦、贺贤土等都曾接受王淦昌的直接指导。他曾赴情况危险复杂的朝鲜战场,还为祖国核事业隐姓埋名17年并做出卓越贡献。1999年国庆前夕(在逝世半年多后),王淦昌先生被授予两弹一星功勋奖章。

王淦昌先生不仅是一位伟大的核物理学家和教育家,而且是中国知识分子的楷模、中华民族的脊梁!

致谢:本文作者感谢张焕乔、柳卫平、张丰收三位老师在本文写作过程中提供的帮助。

 





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