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| 百年诺贝尔物理学家（1936～1940） |
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| 作者：ftang 文章来源：本站原创 点击数： 更新时间：2004-11-30 0:19:56 | 【字体：小 大】 |
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中文名：C.D.安德森 |
生卒年月：1905-1991 |
| 英文名：Carl David Anderson |
国籍：美国 |
详细介绍：
C.D.安德森1905年9月3日生于美国纽约市,父母是瑞典人。他的大半生是在美国度过的。他1927年毕业于加州理工学院，取得了物理与工程学士学位，1930年在该学院获哲学博士学位。C.D.安德森是美国加州理工学院物理教授密立根的学生，从1930年开始跟密立根做宇宙射线的研究工作。1930－1933年间，他是该学院的研究员，后来在1933年成为物理学副教授，1939年任物理学教授。第二次大战的几年中(1941-1945年)，他积极参加了国防研究委员会和科学研究发展部的工作。1991年1月11日在加州的圣马利诺逝世，享年86岁。
C.D.安德森的早期研究属于X射线领域。为准备他的博士论文，他研究了X射线使各种气体放出的光电子在空间的分布。1930年，他和密立根教授一起从事宇宙射线的研究，正是由于这项工作他在1932年发现了正电子。他从1930年起就负责用云室观测宇宙射线。云室置于磁场中。为了鉴别粒子的性质，在云室中安有几块金属板，粒子穿过金属板，就可以区别其能量。1932年8月2日，C.D.安德森在照片中发现一条奇特的径迹，与电子的径迹相似，却又具相反的方向，显示这是某种带正电的粒子。从曲率判断，又不可能是质子。于是他果断地得出结论，这是带正电的电子。
关于正电子产生的机理，C.D.安德森解释错了。他认为，初级宇宙射线撞击到核内的一个中子，会使中子分裂成为正电子和负质子。为此，他还建议实验家寻找这种“负质子”。稍晚才由布拉开特( P.M.S.Blackett)和奥恰利尼(G.P.S.Occhialini)从簇射现象的观测搞清正电子产生的机理。他们用盖革计数器自动控制云室，首次看到了正负电子对的产生。他们正确地解释簇射现象是由于γ射线从原子核近旁通过时，能化为正、负电子对，同时又有更多的γ射线产生，从而产生雪崩现象。
正电子的发现，对研究光与实物之间的转变有重要意义，使人们对“基本粒子”的认识有了一次质的飞跃。
此外，安德森还研究过宇宙射线粒子的能量分布和高速电子在穿过物质时的能量损耗。1938年，他和内德梅厄(Neddermeyer)一起在云室实验中又发现了一种带负电的新粒子，质量比电子大130至240倍，他们称之为m介子。 |
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中文名：赫斯 |
生卒年月：1883-1964 |
| 英文名：Victor Franz Hess |
国籍：奥地利 |
详细介绍：
赫斯1883年6月24日出生于奥地利斯泰尔马克地区佩格（Peggau）附近的瓦德斯泰因城堡（Waldstein Castle）。他的学生时代都是在格拉茨(Graz)度过的，l893－1901年进格拉茨中学，1901－1905年进格拉茨大学，1910年在格拉茨大学获博士学位。
赫斯在维也纳物理研究所工作了很短一段时间，在那里，冯·施韦德莱(Von Schweidler)教授向他讲授了放射性领域的新发现。1910－1920年间，赫斯在维也纳科学院镭学研究所当迈耶(S.Meyer)的助手。1919年，他由于发现了“超级辐射”(宇宙辐射)而获利本(Lieben)奖，次年成为格拉茨大学特聘实验物理学教授。1938年赴美国，1944年入美国籍。1964年12月17日逝世于纽约，享年81岁。
宇宙辐射也叫宇宙线或宇宙射线。在现代物理学发展史中，宇宙射线的研究占有一定的地位，许多新的粒子都是首先在宇宙射线中发现的。例如：用云室发现了正电子、μ介子等，用原子核乳胶发现了π介子等。这种射线具有高能量、低强度的特点，很便于观测。所以它一经发现，就成为人们竞相研究的对象。
宇宙射线的迹象早在最初运用游离室观测放射性时就被人们注意到了。为了搞清这个现象的缘由，莱特(Wright)、沃尔夫(F.T.Wulf)、哥克尔(A.Gockel)等人都曾在大气上空寻找这一反常辐射的来源。
奥地利物理学家赫斯正好是一位气球飞行的业余爱好者。他设计了一套装置，吊在气球下，里面主要是一只密闭的游离室，壁厚足以抗一个大气压的压差，静电计的指示经过温度补偿，直接记录。他一共制作了十只侦察气球，每只都装载有2—3台能同时工作的游离室。
1911年，第一只气球升至1070米高，结果是在那一高度以下，辐射与海平面差不多。翌年，气球达到5350米，得到精确的结果是：起初游离电流略有下降，800米以上似乎略有增加，在1400—2500米之间显然超过海平面的值，到5000米已数倍于地面。
赫斯的发现引起了人们的极大兴趣，从那时开始，科学界对宇宙射线的各种效应和起源问题进行了广泛的研究。在高能粒子加速器问世以前，研究粒子的产生及其相互作用主要依赖于宇宙线的研究；如今在高于已有加速器能量的能区，研究超高能宇宙线与物质的相互作用仍然是一个重要的课题。在天体物理学方面，研究宇宙线的加速机制、在星际间的传播，各种粒子成分的能谱，元素的化学成分、丰度，以及关于新的高能天体过程，可以提供宇宙间丰富而重要的信息；研究宇宙线在太阳系中受到的调制、太阳宇宙线、宇宙线的地磁效应等等，可以使人们对于太阳系有更深入的了解。 |
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中文名：G.P.汤姆生 |
生卒年月：1892-1975 |
| 英文名：Sir George Paget Thomson |
国籍：英国 |
详细介绍：
G.P.汤姆生是J.J.汤姆生的独生子，1892年5月3日出生于剑桥，在剑桥读中学，后入剑桥大学。作为三一学院的学生，他先学数学，后学物理，在父亲的指导下刚作了一年科学研究，就爆发了 1914－1918年的世界战争。
他加入了女王步兵团，是一名中尉军官，在法国服役了一段很短的时间。后来到法恩巴劳(Farnborough)从事飞机稳定性和空气动力学问题的研究，在整个大战期间，他在不同的机构里都是研究这方面的问题。这期间他曾随英国军事使团在美国呆了八个月。
战后，他在剑桥神学院作了三年研究员和讲师，然后继续研究物理学。1919年，27岁的G.P.汤姆生出版了专著《应用空气动力学》。1928年跟他父亲合写过名著：《气体放电》。
1922年，30岁的G.P.汤姆生成为阿伯登(Aberdeen)大学的自然哲学教授。1952年任伦敦大学荣誉退休教授，1975年9月10日在剑桥逝世，享年83岁。
早在剑桥大学卡文迪什实验室学习期间，G.P.汤姆生就熟悉了他父亲一直从事的正射线研究。转到阿伯登大学后，他继续做这项工作，所用实验装置主要是真空设备和电子枪。1924年德布罗意第一篇关于物质波的论文在《哲学杂志》上发表时，他就对之深为欣赏，并于1925年也向《哲学杂志》投稿，讨论德布罗意的理论。1926年8月英国科学促进会对这个问题的讨论，使他也想到正射线也可能产生衍射效应。他们做这样的实验比较容易，因为他们的正射线散射实验已经做了好几年，只要将感应圈的极性反接，雷德立即得到了边缘模糊的晕圈照片。于是，G.P.汤姆生和雷德的短讯发表于《自然》杂志1927年6月18日刊上，仅次于戴维森两个月。为了说明观察到的现象正是电子衍射，而不是由于高速电子碰撞产生的X射线衍射，G.P.汤姆生用磁场将电子束偏向一方，发现整个图象平移，保留原来的花样。由此肯定是带电粒子的射线，而不是X射线。接着，G.P.汤姆生和他的同事对高速电子衍射进行了一系列的实验，进一步得到了电子衍射的衍射花样。从而比戴维森更为直接地对电子衍射作出了验证。
G．P．汤姆生的高能电子衍射方法后来发展成为反射高能电子衍射技术（RHEED），和戴维森的低能电子衍射技术（LEED）一样，在固体物理学实验中发挥很大作用，是X射线衍射方法的又一补充。 |
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中文名：戴维森 |
生卒年月：1881-1958 |
| 英文名：Clinton Joseph Davisson |
国籍：美国 |
详细介绍：
戴维森1881年10月22日出生在美国伊利诺斯州的布鲁明顿(Bloomington)，早年在布鲁明顿公立学校读书。L902年中学毕业后，由于他的数学和物理成绩优异而获得芝加哥大学的奖学金，于当年9月进入芝加哥大学，在那里受教于密立根，曾一度当过密立根的助手，后来戴维森到普林斯顿(Princeton)大学工作，从事电子物理学的研究实习。1917年转入西部电气公司的工程部（后来叫贝尔电话实验室）从事研究工作，成绩卓著。1921年，他和助手康斯曼（C.H.Kunsman）在用电子束轰击镍靶的实验中偶然发现，镍靶上发射的“二次电子”竟有少数具有与轰击镍靶的一次电子相同的能量，显然是在金属反射时发生了弹性碰撞，他们特别注意到“二次电子”的角度分布有两个极大值，不是平滑的曲线。戴维森抓住这一现象，持续研究了五六年，终于在1927年找到了量子力学作为自己实验的指南，从而解释并完善了反常的电子散射曲线，证实这正是理论家梦寐以求的电子衍射现象。他的富有戏剧性的经历可以给后人提供非常有益的启示。1958年2月1日戴维森逝世于美国夏洛茨维尔，享年77岁。
戴维森的研究集中在两个领域，一是热电子发射，一是二次电子发射。由于他高超的实验技术和严谨的科学态度，没有放过出乎意料的反常现象，经过反复实验和研究，终于在量子力学理论的指导下率先找到了电子衍射的实验证据。这一成果对物理学的发展有着重大意义。20世纪20年代中期是物理学发展的关键时期。波动力学已经由薛定谔在德布罗意的物质波假说的基础上建立了起来，和海森伯从不同途径创立的矩阵力学，共同形成微观体系的基本理论。这一巨大变革的实验基础自然成了人们关切的课题，这就激励了许多物理学家致力于证实粒子的波动性。然而，直到1927年，才由研究热电子发射的戴维森和研究正射线的G.P.汤姆生从不同的途径分别作出电子衍射实验。虽然这时量子力学已得到了广泛运用，但电子衍射实验的成功仍引起了世人的注意。
戴维森的实验方法后来发展成为低能电子衍射技术（LEED），在表面物理学中发挥了重要作用。 |
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中文名：费米 |
生卒年月：1901-1954 |
| 英文名：Enrico Fermi |
国籍：意大利 |
详细介绍：
费米1901年9月29日出生于意大利的罗马。父亲是交通部的一位稽查长。他从小就对数学物理有极大兴趣、酷爱读书，聪慧敏捷。十岁时，他就能从大人们的言谈中理解x2+y2=r2代表一个圆。14岁自学了代数、数学分析和几何学。他在学校功课超前，教师们觉得没有什么可教，就让他在实验室里自由做实验。17岁时，以优异成绩获取了比萨(Pisa)的皇家高等师范学院的奖学金，入学后，费米得到了优良的学习条件，但也多为自学，一年内就掌握了量子理论和相对论。1922年他获得了比萨大学的博士学位，次年得奖学金到德国格丁根等大学学习。回国后当了罗马大学的理论物理学教授，时年25岁。由于费米和其他一些物理学家的努力，罗马在三十年代成了世界上又一个崛起的物理学研究中心。1938年费米借口领取诺贝尔奖，逃离法西斯统治的意大利，经瑞典去到美国，在哥伦比亚大学任教。1944年他担任芝加哥大学核子研究所的教授职务，一直任职到1954年。他在研究所期间，注意力转到高能物理学方面，从事介子－核子相互作用问题的研究。以后的几年中，费米从事宇宙射线起源问题的研究，1954年 l1月 29日费米于芝加哥逝世，终年仅54岁。
费米是一位理论、实验都很有造诣的物理学家。1927年提出一种统计理论，这种理论几个月后狄拉克也独立地提出，被称为费米－狄拉克统计理论，在微观世界有广泛的运用，是核物理学的理论基础之一。1933年底，费米又提出β衰变理论。
1932—1934年中子和人工放射性的发现，引起了费米的思索。他想到用中子作“炮弹”轰击原子核。他判断，这它要比α粒子优越得多。因为α粒子自身带正电荷，它既会受原子周围的负电子吸引，又会受原子核的正电荷排斥，所以α粒子打到原子上，往往速度大大减弱，碰撞的几率微乎其微。约里奥-居里的实验虽然获得了新的放射性同位素，但其效率极低，一百万个α粒子打到铝原子上只有一个起作用，对重元素则毫无效果。而中子不带电，既不会受电子吸引，也不会被原子核排斥，它在物质中的路程要比α粒子长得多，用中子轰击原子，效果肯定比α粒子好得多。这些想法正是当年卢瑟福预言过的。当然，利用中子也有困难的地方，中子不会由物质自发地发射，必得靠α粒子轰击某些元素，这一过程大约只有十万分之一的几率，即要有十万个α粒子才能激发一个中子。这样低的效率，使人担心中子的方案是否可行。
费米认为唯一的依据是实践，他决心自己动手干。他和合作者一起，从1932年开始就已经着手做一些核物理实验研究，制备了钋-铍中子源和盖革计数器。
他们先用中子辐照各种元素，都不见效果，显然中子源太弱了。后来用镭射气和铍作中子源，得到的中子源要强得多。这种中子源是一根长玻璃管，末端夹着一段小玻璃管， 里面封装着镭射气——氡和一些铍粉。氡会自发地不断释放α粒子，α粒子打到铍上，再放出中子。
费米很讲究工作方法，他不是漫无目的地轰击各种物质，而是从最轻的元素——氢开始，然后按元素周期表的顺序进行。氢没有给出结果。他用中子轰击水，也没有出现任何迹象，下一步试验锂，也没有交好运。他继续轰击铍、硼、碳、氮。哪一种元素都没有被激活。费米有点泄气，几乎到了要放弃试验的地步，但是他的顽强性格使他坚持了下来。下一个元素是氧，因为已试过水，不需再试，因此他就辐照氟。就在这时，氟被激活了。他终于得到了好结果。后面是铝，也出现了人工放射性。
于是，费米在1934年3月25日写了第一篇通信交给《科学研究》杂志，题目叫：《中子轰击下出现的放射性——Ⅰ》， 从他的标题可以看出，他是准备对这一现象继续进行系统的研究。
在以后的几个月中，费米小组发表了一系列实验结果。他们用中子辐照了大约68种元素，其中有大约47种产生了新的放射性产物。这些同位素的生成，大大丰富了核物理学的信息资料，也为化学等学科的应用提供了更多的放射源。
1934年夏天来到之前，费米小组依顺序用中子轰击当时所知的最重的元素——铀( )，得到了放射性产物。他们测出这种产物的半衰期和化学性质；发现它不属于从铅到铀的那些重元素，和用中子轰击其他重元素的结果不一样。这是一种异常情况，很使费米等人吃惊。应该说这就是铀裂变的最早证据。可惜，费米在这个问题上作出了错误的判断。他们哪里会想到这是重核在中子的轰击下分裂成了几大块，每块相当于一种新的放射性产物，是原子序数比铀小得多的某种元素的同位素。
他们猜想铀被轰击后产生的新物质可能是 ， 再经β衰变转化为原子序数为93的新元素。不过，这种猜想还没有充分根据。1943年5月，费米发表了论文，报道实验有这样的迹象，并未作定论。可是，当时身为参议员的罗马大学物理研究所所长柯比诺在意大利国王出席的林赛科学院会议上发言时，却肯定为发现了第93号元素，结果引起新闻界大肆宣扬，吹捧这是法西斯主义在文化领域的胜利。费米对此极为不安，郑重声明，尚须做许多精密实验，才能肯定93号元素的生成。
后来判断，费米1934的铀实验结果是很复杂的，确也含有超铀元素的成分，不过费米测量的不是这一部分。
1934年10月，费米小组又发现一新奇现象。阿玛尔迪等人正在辐照一块银制圆筒，圆筒中间是中子源，整个装置又放在防护用的铅盒内。他们发现，银的放射性随其在铅盒中的位置而变动。费米建议他们用轻质的材料试试，例如用石蜡。于是他们把大块石蜡挖了个洞，把中子源放在里面，然后辐照银圆筒，没有料到银的放射性竟增大了上百倍，这显然是石蜡的作用。他们再到水中实验，证实水也有类似的作用。费米即时对这种现象作了解释，他认为是氢核(即质子)与中子的质量相近，中子与氢核碰撞后速度大大减慢，因而被原子核俘获的机会增多，放射性的生成就大大增加。
认识到慢中子的作用，对核裂变的发现提供了重要前提。又经过四年的实验研究，终于在1938年年底由柏林大学的哈恩小组率先宣布铀裂变的发现。
铀裂变一经证实，人们立即转向研究是否有可能利用由此释放的核能。许多实验证实了理论预期的能量，但是要利用这一巨大的能源，必要的条件是要有可能产生自持的链式反应。
1939年3月间，约里奥所在的巴黎核化学实验室，费米所在的哥伦比亚大学和西纳德所在的纽约大学同时对这项研究作出了贡献。
约里奥和他的同事首先提出了“中子过剩”问题，比较核的组成可以发现，轻核一般是质子和中子数量近于相等，中等大小的核往往中子数略大于质子数，而重核则中子数较质子数大得多，于是在重核分裂为两个较轻的核时，必然出现中子过剩的情况，如果过剩的中子又去轰击别的重核，不就可以出现连锁反应了吗?
费米小组证明，铀核每次裂变产生的中子平均数可能是2，他们选择铀235和石墨作试验。在美国军方的支持下，开始了曼哈顿工程。这实际上是一座试验性的原子反应堆。
这一工程是1941年12月开始的，费米选了芝加哥大学的一座运动场的看台下的网球场作为试验区。他和一大批物理学家以及工程技术人员研究了各种设计方案，他们认为，要实现自持的链式反应，必须解决两个问题。一是要找到合适的减速剂，把快中子变为慢中子，才能有效地激发核裂变；重水(即D2O)虽然效果好，但不易制备，成本太高。
普通水(即 Ｈ2O)也可以充当减速剂，但又减速太快，甚至还有很强的吸收效应，所以也不能用。费米建议用石墨。为此他和同事们做了大量实验，研究石墨的吸收中子和慢化中子的特性，另一问题是必须严格控制裂变反应的速率，使裂变既能不断进行，又不致引起爆炸。他们利用镉吸收中子的特性，把镉棒插入反应堆，通过调节镉棒深度，来控制裂变反应的速率。后来又想出把反应堆设计成立方点阵的方案，铀层和石墨层间隔地布置在方阵中。
1942年12月1日，最后一层石墨和铀砖砌好，反应堆已达临界状态。次日上午，抽出控制用的镉棒，果然产生了自持的链式反应，当时得到的功率仅有0.5瓦。但这却是人类第一次实现了原子能的可控释放。从此人类开始了原子能利用的新纪元。 |
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中文名：劳伦斯 |
生卒年月：1901-1958 |
| 英文名：Ernest Orlando Lawrence |
国籍：美国 |
详细介绍：
劳伦斯1901年8月8日出生于美国南达科他州南部的坎顿(Canton)教师的家庭里，早年就对科学有浓厚兴趣，喜欢作无线电通讯实验，在活动中表现出非凡的才能，他聪慧博学，善于思考。1922年以化学学士学位毕业于南达科他大学，后转明尼苏达大学当研究生。1925年劳伦斯以钾的光电效应为题完成博士学位。在这期间，曾经业余从事用示波管做显像实验，他兴趣广泛，思路开阔，深得同行的赞许。劳伦斯在耶鲁大学继续研究两年之后，于1927年当了助理教授。1928年转到伯克利加州大学任副教授。两年后提升，是最年青的教授。在这里，他巧妙地利用带电粒子在磁场的洛伦兹力作用下作圆周运动的原理，设计了回旋加速器。1930年春，劳伦斯和他的研究生做了两个结构简陋的回旋加速器模型。真空室的直径只有4－5英寸，在这微型回旋加速器上加不到1千伏的电压，可使质子加速到80000电子伏。1932年又做了9英寸和11英寸的同类仪器，可把质子加速到1.25兆电子伏(MeV)。后来以更大的规模设计了一台D形电极直径为27英寸的机器，并用比质子重一倍的氘核做“炮弹”，这样就可以利用回旋加速器产生许多重要的人工核反应。1939年建成的60英寸回旋加速器以工艺精湛的面目问世。用这台机器发现了一系列超铀元素。以劳伦斯为核心的伯克利加州大学辐射实验室成了世界上第一个加速器中心。
继回旋加速器之后，各种类型的加速器如雨后春笋一般地出现，对核物理学的发展起了极大的促进作用，而劳伦斯的回旋加速器则是这类创造中最有成效的一项。从三十年代起，以劳伦斯不断革新回旋加速器的活动为代表，物理学转入了大规模的集体研究，仪器设备越来越复杂，物理学家越来越多地参加有组织的研究工作，物理学与技术的关系也越来越密切，操作调试要求协调配合，实验室的规模要以工程的尺度来衡量，可以说，大规模物理学的出现是我们时代的特征。
1958年8月27日劳伦斯因病逝世于美国加州的帕罗阿尔图，终年57岁。他一生为回旋加速器奋斗不息，虽然他自己没有直接作出科学发现或者创立科学理论，但是他的奋斗经历让人们永志不忘。为了纪念他，将伯克利加州大学辐射实验室改名为劳伦斯辐射实验室。 |
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