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趙忠堯

趙忠堯(1902年6月27日-1998年5月28日),中國核物理中子物理加速器宇宙線研究的先驅和啟蒙者。浙江紹興諸暨人。其早期對γ射線散射中反常吸收和特殊輻射的實驗發現,在正電子反物質的科學發現史上有重要意義。他在1930年成為歷史上首名捕捉正電子的人,其研究直接促成物理學家卡爾·戴維·安德森於1936年獲得諾貝爾物理學獎,安德森在晚年承認他的研究是建基在趙忠堯的基礎之上。[1]

目錄

生平

趙忠堯的父親是一名醫生,經歷過不少戰爭禍事,對中國貧窮勢弱的局面痛心疾首。從他出生起,父親就常常教導他要努力讀書,將來為國家效力。父親樸素真誠的民族情感,深深影響了趙忠堯,從小恪守父訓努力讀書,門門功課都是特優。

1920年浙江諸暨中學畢業後,考入南京高等師範學校(後改為國立東南大學國立中央大學國立南京大學)數理化部,修讀化學、數學、物理課程,師從任鴻雋王季梁孫洪芬張子高胡剛復葉企孫何魯熊慶來等人;因父親去世,家境困難,1924年春留校在物理系擔任助教,一面教書,一面聽課、考試,補足學分,1925年畢業於國立東南大學物理系,獲理學士學位。1925年夏隨同東大物理系教授葉企孫轉往北京清華學校(1928年更名清華大學)任教。

1927年夏赴美國加州理工學院留學,師從1923年諾貝爾物理獎得主、校長密立根,快畢業前,密立根給他佈置了一道題目,只要他完成就能取得博士學位。可他卻覺得,這個題目太簡單,主動要求換更難的題目。密立根還從來沒碰過這樣的學生,於是重新給了他一道極難題。沒想到,這道題非但沒難倒他,反而成就了他在物理學上的偉大發現。

1930年,他順利完成密立根佈置的任務,並且從硬γ射線「反常吸收」實驗中,他得出一個震驚世界物理界的結論:在人類物理學史上,他第一個觀測到,正電子(電子的反物質)。成為歷史上首名捕捉正電子的人,

1931年獲博士學位。1931年赴德國哈勒大學從事研究工作。

1932年返國,回清華大學物理系任教授。1937年抗戰爆發,全家輾轉南下到昆明,利用休假在雲南大學任教;1938年清華大學北京大學南開大學合併組建西南聯合大學,任西南聯合大學教授。1945年,應吳有訓校長邀請回國立中央大學物理系任教,並擔任物理系主任。

1946年,赴美國參觀美國在太平洋中的原子彈實驗,並在麻省理工學院電機系靜電加速器實驗室、卡內基地磁研究所、加州理工學院核反應實驗室工作;其間購置核物理實驗器材。1948年,獲選為中華民國中央研究院第1屆(數理科學組)院士[2]。1950年返國途中被美國政府拘留達數月之久。之後克服重重困難,於1950年底取道香港返回中國大陸,在中國科學院物理研究所、高能物理研究所工作。

1955年當選中國科學院院士。1958年籌建中國科學技術大學近代物理系,兼任系主任。

1966年文革開始後,趙因為在三星鉛筆廠有股份,被定為「資本家」,又由於有滯留美國的經曆,被戴上「特務嫌疑」的帽子,關進了牛棚受到監視與審查。一直到1973年,高能物理研究所成立,趙忠堯得以恢復工作,擔任副所長並主管實驗物理部的工作。

1998年5月28日在北京逝世。

主要成就

  • 發現反常吸收和特殊輻射,在人類歷史上第一次觀測到正電子,實驗發現反物質。1930年,趙忠堯發表《硬γ射線在物質中的吸收係數》和《硬γ射線的散射》等論文,發現了γ射線通過量子物質時的「反常吸收」,即正負電子對湮滅現象,實驗觀測到正電子。該發現是量子電動力學理論發展的里程碑。趙忠堯並沒有因該項成就被授予諾貝爾獎。兩年後,他的同學安德遜(C. D. Anderson)在威爾遜雲霧室中觀測到宇宙線的反物質——正電子的徑跡,獲諾貝爾物理獎。安德森注意到有一個粒子,它在磁場中的彎曲方向與電子在磁場中的彎曲方向相反。因此他知道這個粒子帶着一種不同的電荷,他還知道這個粒子的質量跟電子質量差不多。他得出的結論是,這個粒子的質量介於電子質量和質子質量之間。這是第一種被發現的反物質。他在回憶中提及:「我依稀記得,當時有一個研究生。我猜他跟其他研究生一樣,沒有讀過所有的理論。因此他(看到實驗結果後)沒有立即認識到那就是反物質;而反物質此前就已經被英國物理學家保羅·狄拉克預言出來了。」安德森提及的這件事是指1929年加州理工學院的研究生趙忠堯曾經也發現過相關的實驗現象,但貌似他當時的論文重點放在了硬伽馬射線的散射上,而不是正反物質的湮沒現象。趙忠堯後來也沒有再繼續跟進或指出正電子的說法,因此諾貝爾物理學獎最終頒給了卡爾·安德森,並第一次與華人科學家擦肩而過。[3]諾貝爾物理獎得主丁肇中教授曾經評論:「要不是趙教授在30年代對正負電子湮滅發現做出的巨大貢獻,我們就不可能有正負電子對撞機,也就沒有今天的物理研究。」
  • 在中國建立核物理實驗基地。1932年回國後,在極為簡陋的條件下在清華大學建立了核物理教學實驗室,從事γ射線、人工放射性和中子物理的研究工作。期間發表了《硬γ射線與原子核的相互作用》等有重要意義的成果和論文。1950年回國後,在中國科學院近代物理研究所主持核物理方面的工作,主持建成了中國第一台質子靜電加速器,使中國加速器技術邁出了第一步,還發展了真空技術、高電壓技術、離子源技術,對中國高技術工業的發展起了推動作用。在他主持下,以靜電加速器為基礎又建設了中國最早的核物理實驗室,開展了中國最早用加速器的核物理實驗。並且主持在中國科技大學建立起一個專業實驗室,開設了β譜儀、氣泡室、γ共振散射、穆斯堡爾效應、核反應等較先進的實驗。此後北京開建正負電子對撞機工程、加速器質譜儀同步輻射應用設施等等並投入運行,都積累着趙忠堯等老一輩科學家的心血。

參考文獻