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有一次,诺贝尔奖得主Sheldon Glashow给我讲了一个故事,是关于历史上唯一一个颁奖理由完全不成立的诺贝尔物理学奖的故事。
故事的主人翁是恩里科·费米(Enrico Fermi),是一位著名的意大利裔美国物理学家。如果你对物理感兴趣,你或许听说过,美国的那座著名的国家实验室——费米实验室(Fermilab),你或许也听说过微观粒子的分类,自旋为半整数的微观粒子被称为费米子(Fermion),你如果是一位狂热的物理爱好者,你或许也听说过费米能级,如果你是化学爱好者,你可能知道第100号元素“镄”(Fermium),或者,你可能知道长度的单位“费米”(Fermi, 1 fm = 10⁻¹⁵ m),这么多名词都是为了纪念这一位伟大的物理学家恩里科·费米。
为什么他这么值得纪念?因为他在很多领域都做出了非常杰出的贡献,比如在量子力学诞生之初,他独立于狄拉克提出了描述大量费米子(如电子)集体行为的量子统计方法,这便是“费米-狄拉克统计”,也是量子统计力学的奠基之作。此外,他成功地将泡利的中微子假说融入理论,解释了原子核的β衰变过程,为弱相互作用理论奠定了基石。后来,费米带领团队成功启动了人类第一座可控核反应堆——“芝加哥一号堆”(Chicago Pile-1),这一成就标志着人类进入了原子能时代。此后,他加入了“曼哈顿计划”,参与研制第一颗原子弹。
这么多成就,每一个拿出来都是诺贝尔奖级别的成就。所以,不出意外,费米获得了诺贝尔物理学奖。
然而,让费米拿到诺贝尔奖的,并不是以上的任何成就,而是他在中子实验上的发现。
1934年,他用中子轰击铀原子核,发现产生了某种具有放射性的产物。由于当时物理学界的普遍认知是,中子被铀核吸收后会生成原子序数更大的新元素,费米便顺理成章地认为,他成功制造出了地球上尚未存在的“超铀元素”——即第93号和第94号元素。
1938年,诺贝尔物理学奖颁给了恩里科·费米,官方颁奖理由就是:
“证明了可由中子辐照而产生的新放射性元素的存在,以及有关慢中子引发的核反应的发现。”
在斯德哥尔摩的诺贝尔奖颁奖演说中,费米甚至兴致勃勃地为这两种“新元素”起了名字:“Ausonium”(奥索尼姆,93号)和“Hesperium”(赫斯佩里姆,94号)。
在讲这段故事的时候,Sheldon Glashow和我正在一起吃早餐,我当时是第一次听到这个故事,于是Sheldon在桌上的餐巾纸上写下来了Ausonium和Hesperium这两个代表着并不存在的元素的单词。

Sheldon Glashow亲笔在餐巾纸上写下的两个并不存在的元素的名字
然而,费米实验的问题很快就暴露了。
就在费米领奖的同一时期,德国化学家奥托·哈恩(Otto Hahn)与弗里茨·斯特拉斯曼(Fritz Strassmann)在柏林进行着类似的实验。他们惊奇地发现,中子轰击铀核后的产物中,竟然出现了钡(Barium,原子序数56),这是一种远比铀轻得多的元素。这个结果意味着,铀核并不是简单地“吸收”了中子而变得更重,而是分裂成了两个较轻的原子核。
1939年初,奥地利-瑞典物理学家莉泽·迈特纳(Lise Meitner)与她的外甥奥托·弗里施(Otto Frisch)给出了正确的理论解释:铀核在中子轰击下发生了核裂变(Nuclear Fission),同时释放出巨大能量。至此,真相大白——费米当年以为发现的“超铀元素”,其实不过是铀核裂变后产生的一系列轻元素碎片的混合物 。
费米在得知真相后非常尴尬,于是,在后来出版他的诺贝尔奖演讲词时,他特意给演讲词加了一个脚注,承认自己当时认为的“超铀元素”实际上是核裂变产物。

费米的诺贝尔奖演讲词相关页面以及脚注
不过,尽管他对产物的化学鉴定是错的,但费米的实验对后来的核物理学和原子弹研发仍然具有决定性意义,原子弹释放巨大能量的过程就是核裂变的过程。因此,费米仍然值得拿诺贝尔奖,只不过颁奖词里提到的“产生新放射性元素”是个错误的解释。
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