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赵忠尧

赵忠尧(1902年6月27日-1998年5月28日),中国核物理中子物理加速器宇宙线研究的先驱和启蒙者。浙江绍兴诸暨人。其早期对γ射线散射中反常吸收和特殊辐射的实验发现,在正电子反物质的科学发现史上有重要意义。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尔·戴维·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]

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年浙江诸暨中学毕业后,考入南京高等师范学校(後改為國立東南大學国立中央大學国立南京大學)数理化部,修读化学、数学、物理课程,师从任鸿隽王季梁孙洪芬张子高胡刚复叶企孙何鲁熊庆来等人;因父亲去世,家境困难,1924年春留校在物理系担任助教,一面教书,一面听课、考试,补足学分,1925年毕业于国立东南大学物理系,获理学士学位。1925年夏随同东大物理系教授叶企孙转往北京清华学校(1928年更名清华大学)任教。

1927年夏赴美国加州理工学院留学,师从1923年诺贝尔物理奖得主、校长密立根,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年获博士学位。1931年赴德国哈勒大学从事研究工作。

1932年返国,回清华大学物理系任教授。1937年抗战爆发,全家辗转南下到昆明,利用休假在云南大学任教;1938年清华大学北京大学南开大学合并组建西南联合大学,任西南联合大学教授。1945年,应吴有训校长邀请回國立中央大學物理系任教,并担任物理系主任。

1946年,赴美国参观美国在太平洋中的原子弹实验,并在麻省理工学院电机系静电加速器实验室、卡内基地磁研究所、加州理工学院核反应实验室工作;其间购置核物理实验器材。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年返国途中被美国政府拘留达数月之久。之后克服重重困难,于1950年底取道香港返回中国大陆,在中国科学院物理研究所、高能物理研究所工作。

1955年当选中国科学院院士。1958年筹建中国科学技术大学近代物理系,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

  • 发现反常吸收和特殊辐射,在人类历史上第一次观测到正电子,实验发现反物质。1930年,赵忠尧发表《硬γ射线在物质中的吸收系数》和《硬γ射线的散射》等论文,发现了γ射线通过量子物质时的“反常吸收”,即正负电子对湮灭现象,实验观测到正电子。该发现是量子电动力学理论发展的里程碑。赵忠尧并没有因该项成就被授予诺贝尔奖。两年后,他的同学安德逊(C. D. Anderson)在威尔逊云雾室中观测到宇宙线的反物质——正电子的径迹,获诺贝尔物理奖。安德森注意到有一个粒子,它在磁场中的弯曲方向与电子在磁场中的弯曲方向相反。因此他知道这个粒子带着一种不同的电荷,他还知道这个粒子的质量跟电子质量差不多。他得出的结论是,这个粒子的质量介于电子质量和质子质量之间。这是第一种被发现的反物质。他在回忆中提及:“我依稀记得,当时有一个研究生。我猜他跟其他研究生一样,没有读过所有的理论。因此他(看到实验结果后)没有立即认识到那就是反物质;而反物质此前就已经被英国物理学家保罗·狄拉克预言出来了。”安德森提及的这件事是指1929年加州理工学院的研究生赵忠尧曾经也发现过相关的实验现象,但貌似他当时的论文重点放在了硬伽马射线的散射上,而不是正反物质的湮没现象。赵忠尧后来也没有再继续跟进或指出正电子的说法,因此诺贝尔物理学奖最终颁给了卡尔·安德森,并第一次与华人科学家擦肩而过。[3]诺贝尔物理奖得主丁肇中教授曾经评论:“要不是赵教授在30年代对正负电子湮灭发现做出的巨大贡献,我们就不可能有正负电子对撞机,也就没有今天的物理研究。”
  • 在中国建立核物理实验基地。1932年回国后,在极为简陋的条件下在清华大学建立了核物理教学实验室,从事γ射线、人工放射性和中子物理的研究工作。期间发表了《硬γ射线与原子核的相互作用》等有重要意义的成果和论文。1950年回国后,在中国科学院近代物理研究所主持核物理方面的工作,主持建成了中国第一台质子静电加速器,使中国加速器技术迈出了第一步,还发展了真空技术、高电压技术、离子源技术,对中国高技术工业的发展起了推动作用。在他主持下,以静电加速器为基础又建设了中国最早的核物理实验室,开展了中国最早用加速器的核物理实验。并且主持在中国科技大学建立起一个专业实验室,开设了β谱仪、气泡室、γ共振散射、穆斯堡尔效应、核反应等较先进的实验。此后北京开建正负电子对撞机工程、加速器质谱仪同步辐射应用设施等等并投入运行,都积累着赵忠尧等老一辈科学家的心血。

參考文獻