王淦昌为什么三次与诺奖擦肩而过?

             叶明

王淦昌（1907年5月28日—1998年12月10日），1925年考入清华大学，成为清华大学第一届本科生。一年后分科进了物理系。同时进入物理系的另外三位学生是：施士元、周同庆和钟问。叶企孙（1898年7月16日—1977年1月13日）和吴有训（1897年4月26日—1977年11月30日）这两位实验物理学大师、中国近代物理学的先驱，是王淦昌的物理学启蒙老师，也是他踏上物理学研究征途的引路人。1929年6月毕业于清华大学物理系，吴有训把他留下来当助教。王淦昌在吴有训教授指导下完成论文《清华园周围氡气的强度及每天的变化》，这是我国第一篇有关大气放射性的实验研究论文。

1930年，王淦昌考取了江苏省官费留学，远赴德国柏林大学攻读博士学位，师从著名物理学家莉泽·迈特纳（Lise Meitner，1878年11月7日—1968年10月27日）。1934年，王淦昌回到祖国，先后任教多所大学。此后，他到美国、苏联等多国研究所从事相关研究工作。他还担任过二机部副部长兼原子能研究所所长。

王淦昌是当代中国杰出的物理学家，他不仅在物理学方面作出了巨大的发现和贡献，而且他在新中国在核武器研制上立下了不朽的功勋，拥有不可撼动的地位的鼻祖，是新中国的功臣。他和钱三强、邓稼先三人都有“中国核弹之父”的称谓。他是中国实验原子核物理、宇宙射线及基本粒子物理研究的主要奠基人和开拓者、中国惯性约束核聚变研究的奠基者,中国科学院院士（1955年中国科学院首批学部委员）、“两弹一星”功勋奖章获得者。

当代中国杰出的物理学家王淦昌

王淦昌还是863计划的倡议者之一。1986年的3月3日 ，中国著名的科学家王大珩、王淦昌、杨嘉墀、陈芳允四人联合提出了一份题为“关于追踪世界高技术发展的建议”的报告，向中共中央提出了建议和设想：要全面追踪世界高技术的发展，制定中国高科技的发展计划。后来根据这个报告而形成的《关于高新技术研究发展计划的报告》，即国家高技术研究发展计划（863计划），是科学家的战略眼光与政治家的高瞻远瞩相结合的产物，863计划的实施有力推动了中国高技术的进步。

王淦昌以广博精深的学识，严谨的学风，坚持真理的科学精神，爱祖国、爱人民、申张正义、乐于助人、坦荡、谦逊、平易近人的崇高品格教育熏陶了几代人。他不愧是我国科学工作者学习的典范。

王淦昌一生中三次与诺贝尔物理学奖擦肩而过。这三次载入史册的重大发现分别是：1931年发现中子，1942年发现中微子，1959年发现反西格玛负超子。其中似乎存在一些疑问，值得研究与探讨。本文的讨论丝毫没有对科学家的不敬意思，而是希望希望求教各位科学史家与科学社会学家补征、完善，有助于理解科学发现与人才培养的艰辛与难度。

发现中子？

1930年，王淦昌就读于德国柏林大学威廉皇帝化学研究所放射物理研究室，成为"原子弹之母"迈特纳（爱因斯坦称她为“德国的居里夫人）这位杰出女物理学家的唯一的一个中国学生。

             奥地利裔瑞典物理学家家迈特纳

王淦昌留学德国时期，正是现代物理学的黄金时代。原子核物理和粒子物理迅猛发展，尤其是迈特纳坚持在放射性领域从事着十分有意义的实验研究（注）。1931年，王淦昌参加了柏林大学先后两次很有意义的物理讨论会，主讲人科斯特斯（Kostress）报告了关于玻特（W.Bothe,1891--1957）和他的学生贝克(H.Becker)1930年做的一个实验，他们用放射性外所放出的位素轰击铁核，发现了很强的贯穿辐射。他们把这种辐射解释为辐射阻。迈特纳早在1922年就对外放射性元素衰变的关系进行过实验研究并对辐射的性质也作过一系列的研究。上述报告给王淦昌留下了深刻的印象，他对外辐射能否具有那么强的贯穿能力所需要的高能量表示怀疑。玻特在实验中用的探测器是计数器。王淦昌当时想到的是，如果改用云雾室做探测器，重复玻特的实验，会弄请这种贯穿辐射的本性。为此，他在讨论会以后一连两次主动找导师迈特纳，建议用一个云雾室着手研究玻特发现的这种贯穿曲线。迈特纳始终没有同意王淦昌的请求。

1931年，约里奥-居里（Jean Frédéric Joliot-Curie，1900年3月19日-1958年8月14日）——居里夫人的女儿和女婿改做了这个实验，在能源与测量装置之间放一蜡块，发现计数器的计量大大增加。他们也证明这是贯穿辐射使大量氢原子从蜡块中放出所致，他们最后的结论仍把这种现象称为辐射效应，井于1932年发表了简短的报告，公布了他们关于石蜡在“铍射线”照射下产生大量质子的新发现。

卡文迪许实验室的英国科学家查德威克（James Chadwick，1891年10月20日——1974年7月24日）立刻意识到，这种射线很可能就是由中性粒子组成的，这种中性粒子就是解开原子核正电荷与它质量不相等之谜的钥匙。查德威克立刻着手研究约里奥-居里夫妇做过的实验（用云雾室做探测器），用不同的探测器——高压电离室、计数器和云雾室独立地进行了上述实验，证实了这种贯穿辐射乃是中性粒子流，这种粒子就是中子，并计算了这种粒子的质量。查德威克在1932年2月将论文送交《自然》（Nuture）发表。1932年2月22日，约里奥-居里夫妇公布了他们用云翼室再次进行这项实验的结果，成为查德威克实验的佐证。一般认为，人类进入原子能时代的大门是被中子敲开的。查德威克因此获得了1935年度的诺贝尔物理学奖。

英国科学家查德威克（1935年度诺贝尔物理学奖得主）

关于中子的发现，人们划分了四步：（1）1920年户丛也关于存在一种中性粒子的假设，（2）1930年玻特和贝克的实验，（3）1931年约里奥-居里夫妇的实验，（4）1932年查德威克的发现。

如果迈特纳采用了王淦昌的建议和要求，以王淦昌对实验物理学的孜孜以求，对前沿课程的感觉和敏锐，凭借迈特纳杰出的实验才能、丰富的经验，这项诺贝尔物理学奖不会成为对迈特纳教授和年轻的中国学者王淦昌创造性合作的褒奖呢？

如果他当时坚持目己的主张，不屈不挠地去说服导师、争取实验的条件，如果他能以极大的韧性通过其他途径去寻求支持，他能不能把这顶工作做下去呢？客观上讲，一个年轻的留学生是难以做到这一点的。但是，王淦昌毕竟没有尽全力去争取。

问题来了，只跟导师提出的实验设想（被导师拒绝了），实验并没有实际做，也没有公开发表论文，法国科学家约里奥-居里夫妇怎么知道王淦昌的设想？难道是导师迈特纳泄漏的？英国科学家查德威克不是参考了约里奥-居里夫妇的实验？怎么证明查德威克是用了王淦昌的方法与实验？会不会是法国科学家、英国科学家独立思考与完成的，只是英雄所见略同而已！难道可以认为，查德威克窃取了王淦昌的成果？！

其实，查德咸克综合类前人已完成的实验方法：（1）用不同的探测器——高压电离室、计数器和云雾室独立地进行了上述实验；（2）证实了这种贯穿辐射乃是中性粒子流，这种粒子就是中子；（3）计算了这种粒子的质量；（4）查德威克在1932年2月将论文送交《自然》（Nuture）发表，取得科学共同体的承认。在领取诺奖的获奖感言上，查德威克特别提到了王淦昌。这或许可以肯定地说，王淦昌的方法确实给过查德威克某种启发。

王淦昌当时只是提出改用云雾室做探测器，重复玻特的实验，企图弄清这种贯穿辐射的本性，还不是多途径、多手段设计并实施实验，证实中子假说，也没有计算出中微子的质量，更没有发表论文。说与诺奖插肩而过的距离是不是太大了一点？

               发现中微子？

王淦昌早年最重要的科研成果是“关于探测中微子的建议”。

中微子先是在理论上被预言，还是在1930年，物理学家泡利（Wolfgang Ernst Pauli，1900年4月25日-1958年12月15日）提出一个大胆设想，他在解释β射线的放射性时，认为其野性，在放出一个电子同时，还放出了一个不知是什么的粒子，该预言成功地建立了β衰变现象的理论。后来，这个不知是什么的粒子被称为中微子，但是中微子极难直接探测到，泡利曾经这样比喻，寻找中微子“比在撒哈拉大沙漠中寻找某一粒沙子还要难得多。”他还曾经预言，中微子这种东西是永远测不到的。

但是中微子却又是无所不在的，宇宙中到处都是，每一秒钟都有成百上千亿个中微子穿过我们的身体，我们却浑然不觉，因为这种东西极小极轻，又不带电荷，质量大约只有电子的百万分之一，跑的却和光速一样快，轻松穿越地球也不受阻挡，所以这种东西的简直不可捉摸，因此在很长一段时间内，全世界的科学家都对寻找中微子束手无策、毫无办法。

王淦昌在德国读书的时候，正好也是泡利提出中微子假说、费米完善的时期。那个时候，王淦昌就对中微子非常感兴趣。在战火纷飞的中华大地上不断辗转迁移的同时，王淦昌还坚持着自己的科研。1941年，王淦昌在发表于美国的《物理评论》杂志上的论文《关于探测中微子的一个建议》中，这篇论文中提出的通过轻原子核俘获K壳层电子释放中微子时产生的反冲中微子的创造性实验方法揭开了研究中微子的实质性一步。他还具体建议用Be7的K俘获过程作研究，并且指出：“测量放射性原子的反冲能量或动量是获得中微子存在的证据的唯一希望。”

照片中身穿白色长衫的是王淦昌。在浙江大学的湄潭期间，王淦昌利用养病的机会撰写了《关于探测中微子的一个建议》一文，对后来的中微子研究产生了重要影响。

1942年，美国物理学家艾伦（J.S.Allen,1911-）看到论文之后，立马进行了实验，艾伦测到了Li7的反冲能，实验结果肯定了王淦昌的构想，并发表了论文《一个中微子存在的实验证据》。这个实验首次基本证实了中微子的存在，轰动了整个物理学界。“王淦昌—艾伦实验 ”被《美国物理现代评论》誉为国际物理学重大成就之一。

1946 年，王淦昌又在美国《物理评论》杂志上发表了《建议探测中微子的几种方法》，在论文中提出了三种验证中微子的方法。除此之外，王淦昌还提出了通过裂变检测中微子的全新思路，这是在之前科学界从未有人提出过的构想，这为中微子的研究打开了全新思路。

到了1952年的时候，物理学家艾伦与罗德巴克合作又一次完成了这个实验，过程和结果都非常完美，同一年，物理学家戴维斯也用实验实现了王淦昌的建议方法，都证明了中微子是存在的。

美国物理学家莱因斯（1995年诺贝尔物理学奖得主）

当然，K层电子俘获也不是唯一发现中微子的方法。1956年，美国物理学家弗雷德里克·莱因斯（Frederick Reines，1918年3月16日-1998年8月26日）和科恩（Cowan）在经过5年的努力奋斗后，第一次通过实验直接探测到了中微子。至此，中微子正式和人类见面。他们的方法，是利用氯化镉和水来寻求反应：中微子+质子→中子+正电子。这里的正电子会和水里的电子发生湮灭现象，然后体现在光电倍增管，以证明实验的发生。而这个反应的发生，要在核反应中最容易出现。因为这个实验，莱因斯与发现轻子的美国物理学家马丁·珀尔分享了1995年的诺贝尔物理学奖。

如果王淦昌能拥有和国外同样先进的实验设备，相信他可能成为第一个探测到中微子的人。但是，残酷的现实是他在中国的抗战时期、根本没有条件去做这个实验，失去了发现中微子的大好机会，终究无缘诺贝尓物理学奖。王淦昌是第一个提出探测中微子建议方法的人，是他的建议帮助西方科学家找到了被认为是最难寻找的中微子。

王淦昌的贡献虽然未能直接获得诺贝尔奖，‌但他的科学思想和实验构想对科学界产生了深远的影响。中微子这个神奇的“幽灵粒子”已经让 9 位科学家捧得了诺奖桂冠。

发现反西格玛负超子

自从1930年英国科学家保罗·狄拉克（Paul Adrien Maurice Dirac，1902年8月8日—1984年10月20日），首先从理论预言存在电子的反粒子——正电子。1932年美国物理学家卡尔·大卫·安德森 （Carl David Anderson，1905-1991）利用云雾室从宇宙线中发现正电子以后，实验物理学家一直在寻找各种粒子的反粒子。如果所有的粒子都有反粒子，这将证明微观世界中一个重要的规律，就是对称性，粒子与反粒子的对称。

各种介子的反粒子已经得到确证。科学家利用1955年美国刚建成的60亿电子伏质子加速器，很快又发现反质子，接着发现反中子。到1957年，摆在实验物理学家面前的一个挑战性课题，就是寻找反超子。

1956年秋，已在世界核物理学界声名远扬的王淦昌来到了苏联杜布纳联合原子核研究所，任高级研究员，后任副所长。作为一个实验物理学家，他亲自领导一个由中、苏、东德、朝鲜等几个社会主义国家、20多人参加的并参加的高能实验物理研究小组。 当时，在尖端的高能基本粒子物理领域有许多重要课题尚待解决，令科学家们绞尽脑汁的一项课题就是：反粒子的存在是否是普遍规律? “物质”是人们熟知的概念，然而，“反物质”呢?科学家们在长期的科学研究中，发现微观世界中一个极为重要的现象，这就是：微观世界中任何一种粒子都存在着相应的反粒子。反粒子具有与粒子完全相同的静止质量，相等的荷电量，但其他性质如电荷符号、量子数等则正好相反。当反粒子和粒子碰撞在一起时，就会产生“湮没”(即二者都消失，全部能量都转变为其他粒子及动能)。同样，如果两个粒子发生高能碰撞，只要能量足够大，也能产生反粒子。

1958年，王淦昌小组建成24升丙烷气泡室，前后共得到近10万张气泡室照片。通过把握研究进程中的每一个环节，1959年3月9日，王淦昌小组终于从4万对底片中，找到了一个产生反西格马负超子的事例，发现了超子的反粒子——反西格马负超子。

这是实验上首次发现的反超子，这项国际上公认的重要科学成果，丰富了人们对于反粒子的认识，填补了粒子——反粒子表上的一项重要空白，从理论上进一步证明了关于任何粒子都存在其反粒子的预言。王淦昌领导的研究组的工作，受到各国物理学家的高度赞扬。

1960年，王淦昌（前排右三）在苏联杜布纳联合原子核研究所与他领导的研究组成员合影。其中，中国成员有丁大钊（前排右一），王祝翔（前排右四），陈玲燕（前排右五）。

1959年9月，在基辅召开国际高能物理会议，王淦昌在分组讨论会上报告了可能存在的反西格玛负超子事例。事实上，反西格玛负超子的发现并非王淦昌小组最初在基辅会议上的主要汇报内容。他们当时着重于报告一个长寿命、大质量的Д粒子的“发现”，并在高能物理界产生了很大的反响。但后来经过仔细讨论分析，该迹象被确定为K+电荷交换现象，而反西格玛负超子的发现被最终确认。

1960年3月24日，王淦昌研究小组正式把发现反西格玛负超子的论文送给国内的《物理学报》发表。苏联《实验与理论物理》期刊也发表了这项研究成果。

王淦昌在实验中发现了“反西格玛负超子”。这是人类历史上首次发现的反粒子。反西格马负超子的发现本身的科学意义，当然不能与正电子、反质子、反中子等的发现相比。在高能物理的历史上，反西格玛负超子的发现对证实反粒子的普遍存在提供了强有力的证据。后来，欧洲中心的300亿电子伏加速器上发现了另一种反超子——反克赛负超子。于是，在高能物理的历史上，反西格玛负超子和反克赛负超子被并列为公认的最早发现的两个负超子。这两项发现对证实反粒子的普遍存在提供了有力的证据。但是，这两的重要发现，都没有获得诺贝尔物理学奖。

这应该是王淦昌最接近诺贝尔奖最近的一次，科学界普遍认为，新一届诺贝尔物理学奖非王淦昌莫属。遗憾的是，该发现最终没有获得诺贝尔物理学奖。如果“反西格玛负超子”是西方科学家发现的，会不会早就获得诺贝尔奖了，我们不得而知，或许只是一个猜测。

1982年，王淦昌领导的“反西格玛负超子的发现”这项成果，与陈景润的“哥德巴赫猜想”等重大科研成果一起，获得我国国家自然科学（1956-1980）一等奖。这也是当时我国物理学家所获得的最高自然科学奖。王淦昌等在杜布纳联合原子核研究所的反西格马负超子的发现无疑成为中国物理学史上浓墨重彩的一笔，为此后中国亚原子物理发展奠定了重要的知识基础和人才基础。

此外，王淦昌还有一次也许是最重要的一次接近诺贝尔奖。1960年，美、苏科学家发现了激光器后不久，王淦昌注意到这种光源的特性，联想到将激光与核物理结合起来。1964年，王淦昌提出了激光打氘并靶，看是否有种子发射出来的建议，并进行了基本的分析与定量估计。但由于当时条件的限制，这一建议没有及时公开发表。王淦昌的设想后来成为惯性约束核聚变的重要研究方向，如果一旦实现，这将使人类彻底解决能源问题。

     王淦昌作为中国现代科学与世界物理学的一座丰碑似的人物，其研究成果的科学意义、应用前景，其道德人格的社会价值、感召力量，其创新历程中所创立的方法论所展示的启迪与示范作用，都值得人们去深入发掘与发扬光大。可以毫不夸张地说，王淦昌思想和人格的未来影响与历史意义，至今仍无法估量。

王淦昌晚年回顾自己一生感慨：得诺贝尔奖并非是高不可攀的，但一定有科学的敏感性、想象力，但更重要的是契而不舍坚持不懈的精神。或许很好地解释了他为何三次与诺贝尔奖擦肩而过的原因吧。

有一个问题有待求证：王淦昌是否获得过诺奖提名？如果有，是哪一年？

注：王淦昌的博士导师莉泽·迈特纳总共48次被提名诺贝尔奖（1937年至1965年29次提名诺贝尔物理奖，1924年至1948年19次提名诺贝尔化学奖），但都未获奖。

主要参考文献

[1]范岱年、亓方.王淦昌：当代中国杰出的物理学家[A]. 《自然辩证法通讯》杂志社.科学精英：求解斯芬迪克斯之谜的人们[C].北京:世界图书出版公司,2015:604-636

[2]赵宏伟.三次与诺贝尓奖擦肩而过的中国核弹专家王淦昌[J].炎黄春秋， 2022.7:47-49

[3]周志成. 王淦昌与诺贝尓奖 [J].百科知识，1999.4:1—2

[4]丁兆君.反西格马负超子的发现前后[J].科技导报，2021(3):26-29