第一篇：现代天文学与诺贝尔物理学奖

现代天文学与诺贝尔物理学奖

闻名于世的“诺贝尔奖”，每年一次授予在物理学、化学、生理学或医学，以及一些人文领域做出卓越贡献的人，至今已有100多年的历史。然而，诺贝尔并没有设立专门的天文学奖项，这导致了20世纪前70年天文学的成就与诺贝尔奖无缘。由于天体物理学的发展，特别是天文观测所发现的许多物理特性和物理过程是地面上的物理学实验所无法实现的，宇宙及各种天体已成为物理学的超级实验室。天体物理学的一些突出成果有力地推进了物理学的发展，这样，天文学成就获得“诺贝尔物理学奖”就成为很自然的事了。

诺贝尔奖的设立与天文学的尴尬

诺贝尔奖是以瑞典著名化学家阿尔弗雷德·贝恩哈德·诺贝尔（Alfred Bernhard Nobel，1833年10月21日～1896年12月10日）的部分遗产作为基金创立的。诺贝尔奖包括金质奖章、证书和奖金支票。诺贝尔在他的遗嘱中提出，将部分遗产（920万美元）作为基金，以其利息分设物理、化学、生理或医学、文学及和平5种奖金，授予世界各国在这些领域对人类做出重大贡献的学者。1968年瑞典中央银行于建行300周年之际，提供资金增设诺贝尔经济学奖，并于1969年开始与其它5种奖同时颁发。诺贝尔奖还有一个规定，即只有先前的诺贝尔奖获得者、诺贝尔奖评委会委员、特别指定的大学教授、诺贝尔奖评委会特邀教授才有资格推荐获奖的候选人。

由于没有设立诺贝尔天文学奖，在很多年里，天文学家既没有推荐权，也不会被人推荐。在这个世界公认的科学界最高奖面前，天文学和天文学家的处境不免有些尴尬。

天文学与物理学相互促进 天文学是研究地球之外天体和宇宙整体的性质、结构、运动和演化的科学，物理学是研究物质世界基本规律的一门科学。研究各种物质形态都会形成相应的物理学分支，其中包括研究天体形态和特性的天体物理学。很显然，天文学与物理学的关系十分密切，相互关联，密不可分。天文学成就可以归入诺贝尔物理学奖的范围是在情理之中的，但是要使这个道理得到公认很不容易，花费了几十年的时间。

20世纪初，物理学家根据物理学规律提出了许多天文学预言：如广义相对论预言星光在太阳引力场中的弯曲、水星近日点的运动规律和引力场中的光谱红移现象；预言中子星、微波背景辐射、星际分子和黑洞的存在等。这些预言在证实的过程中曾走过艰难的历程甚至弯路，这些伟大的预言推动着天文学家和物理学家们为之奋斗，并且发展了一个个新的分支学科。

天文观测为物理学基本理论提供了认识地球上实验室无法得到的物理现象和物理过程的条件。开普勒发现了行星运动三定律以后，牛顿为解释这些经验规律才导出万有引力定律，而在地球上的物理实验室中是总结不出万有引力定律的。此后，从对太阳及恒星内部结构和能量来源的研究中获得了热核聚变反应的概念；对星云谱线的分析提供了原子禁线理论的线索；从恒星演化理论发展出了元素形成理论。天文学观测的新发现也给物理学以巨大的刺激和挑战：中子星的发现推动了致密态物理学的发展，而类星体、星系核、射线暴等现象的能量来源迄今还很难从现有的物理学规律中找到答案。

随着物理学的发展，物理学家必然要把宇宙及各种天体作为物理学的实验室。物理学家涉足天文学领域的研究成为一种必然。而天文学家也会密切地注视着物理学的发展，以期用物理学原理来解释宇宙的过去、现在和将来。一批天文学历史性成就无缘诺贝尔奖

在1901年开始颁发诺贝尔奖以后，天文学上有很多重大的发现，其科学价值可与获得诺贝尔物理学奖的一些项目媲美。

1912年，美国女天文学家勒维特（Henrietta Swan Leavitt）发现造父变星的周光关系，从而得出一种估计天体距离的方法，这直接导致了河外星系的发现。1911年～1913年，丹麦天文学家赫茨普龙（Hertzsprung Ejnar）和美国天文学家罗素（Henry Norris Russell）各自独立地得到了恒星光度和光谱型的关系图，即赫罗图，赫罗图在恒星起源和演化的研究中起到了举足轻重的作用。1918年，美国天文学家沙普利（Harlow Shapley）发现银河系中心在人马座方向，纠正了太阳是银河系中心的错误看法。1924年，美国天文学家哈勃（Edwin P.Hubble）确认“仙女座大星云”是银河系之外的恒星系统，继而在1929年发现了著名的哈勃定律，证明宇宙在膨胀。1926年，英国天文学家爱丁顿（Arthur Stanley Eddington）出版专著《恒星内部结构》，这本书成为恒星结构理论的经典著作。然而，这些成果无一例外地被诺贝尔物理学奖拒之门外。

就像1927年诺贝尔物理学奖得主威尔逊发明的云雾室成为研究微观粒子的重要仪器一样，望远镜的发展使我们能够观测到更遥远、更暗弱的天体及天体现象。但是没有一项光学望远镜的成就获奖。其中如美国天文学家海尔（Alan Hale）研制的口径1.53米、2.54米和5.08米三架大型反射望远镜，1930年施密特研制的折反射望远镜，以及20世纪90年代研制完成的10米口径凯克I号和II号望远镜等，都代表了天文学观测手段的历史性成就。

第二篇：202_年诺贝尔物理学奖

记者招待会：202_年诺贝尔物理学奖

202_年10月8号

德国皇家科学院已经决定将202_年诺贝尔物理学奖的一半共同颁发给雷蒙德.戴维斯（美国费城，宾夕法尼亚大学，物理天文系）和小柴昌俊（日本，东京大学，国际基本粒子物理中心）。因为他们对天体物理开创性的贡献，特别是对宇宙中微子的探测。另一半颁给里卡尔多.贾科尼（美国华盛顿特区，联合大学公司）。因为他对天体物理开创性的贡献，引致宇宙X射线源的发现。

两个宇宙新窗口

地球处于宇宙粒子和其他形式射线的连续流量的路径中。今年的诺贝尔物理学奖用这些非常小的宇宙组成部分来增加我们对大尺度的理解：太阳，恒星，星系和超新星。这个新的知识改变了我们看待宇宙的方式。

早在1930年沃尔夫冈.泡利（1945年诺贝尔奖得主）预言了这种叫做中微子的神秘的粒子，但是用了25年才证实了它的存在（被莱茵斯证实，1995年诺贝尔奖得主）。这是因为形成于，太阳和其他恒星中发生的氢转化为氦的聚变过程中的中微子，几乎不与其他物质反应，因此很难被探测到。例如，每秒有10个中微子经过我们，而我们注意不到。雷蒙德.戴维斯建立了一个全新的探测器，一个放置在矿井中的装满600吨液体的巨大的槽。在过去的30年里，他成功的捕获到来自太阳的总数为202_的中微子，而且因而可以证实聚变提供了来自太阳的能量。由小柴昌俊领导的研究小组，用另一个叫做神岗核探测实验的巨大的探测器，证实了戴维斯的结果。在1987年2月23号，他们也探测到了来自一个遥远的超新星爆炸产生的中微子。他们捕获了经过探测器的10个中微子中的12个。戴维斯和小柴的工作引起了没有料想到的发现和一个新的深领域的研究，中微子天文学。

太阳和所有其他恒星在不同的波段发射电磁辐射，可见光和不可见光都有，例如，X射线。为了调查被地球大气吸收了的宇宙X射线辐射，有必要在空间放置仪器。里卡尔多.贾科尼建立了这样的仪器。他第一次探测到了一个我们太阳系之外的X射线源，而且第一个证实了宇宙包含X射线光背景辐射。他也探测到了现在大多数天文学家认为包含黑洞的X射线源。贾科尼建立了第一个X射线望远镜，提供我们全新的清晰的宇宙图像。他的贡献奠定了X射线天文学的基础。

雷蒙德.戴维斯，1984年（87岁）生于美国华盛顿特区，1942年获得美国康涅狄格州耶鲁大学化学博士学位。现为美国费城宾夕法尼亚大学物理和天文系的名誉教授。

小柴昌俊，1926年（76岁）生于日本本州岛丰桥。1955年获得美国纽约罗切斯特大学博士学位。日本东京大学国际基本粒子物理中心名誉教授。

里卡尔多.贾科尼，1931年（71岁）生于意大利热那亚。1954年获得米兰大学博士学位。美国华盛顿特区联合大学公司的主席。

奖金总额：1000万瑞典克朗。戴维斯和小柴分享一半，贾科尼得到另外的一半。

杨冰（200911161018）译 1612

第三篇：解读202_年诺贝尔物理学奖

解读202_年诺贝尔物理学奖：何为希格斯粒

子

202_-10-09中国文化传媒网

202_年诺贝尔物理学奖揭晓。

新浪科技讯10月8日讯 202_年诺贝尔物理学奖授予彼得·W·希格斯(Peter W.Higgs)和弗朗索瓦·恩格勒(Francois Englert)，以表彰他们对希格斯玻色子(又称“上帝粒子”)所做的预测。那么，到底什么是希格斯玻色子呢? 希格斯粒子是一种亚原子粒子，也就是说，理论上认为它应当是构成宇宙的最基本组成部件之一。但是它仍然有待实验观测证实。科学家们提出的物理学标准模型预言了这种粒子的存在，其作用是解释为何其它粒子会拥有质量。根据这一理论，在宇宙大爆炸之后，一种看不见的力，即希格斯场和与之相对应的粒子 ——希格斯-玻色子一同形成。正是这个场赋予其它基本粒子以质量的属性。

为何这一粒子如此重要？

希格斯场赋予整个宇宙中其它粒子以质量的方式可以用游泳者在水池中受到的水的阻力来做比喻。如果粒子没有质量，它们便可以在宇宙中以光速前进，因为质量的本质便是对物体改变其速度的制约性。

这种粒子最早是什么时候被提出来的？

有关这一粒子的理论最早是在1964年由6位物理学家共同提出来的，其中就包括英国爱丁堡的皮特•希格斯教授。他们当时提出这一粒子的目的就是为了解释质量的起源。理论上，这一粒子的存在将正好补全描述整个宇宙如何运行的物理学标准模型的缺陷，因此它便显得尤其重要。

如何对其进行搜寻？

欧洲核子中心的大型强子对撞机(LHC)是人类有史以来建造的最强大的粒子加速器，它的工作原理是将两束质子流以接近光速的速度迎头相撞，在此过程中得到其它粒子。

在1989年至202_年之间，科学家们也曾使用同样位于欧洲核子中心的另一台加速器LEP进行搜寻工作，而由于经费不足被关停之前，美国的Tevatron加速器也进行过对这一神秘粒子的搜寻工作。

科学家们如何能知道自己究竟是否发现了这样的粒子呢? 如果在LHC加速器中进行的数以十亿计的对撞实验中真的产生了希格斯-玻色子，根据预测，它应当是不稳定的，会迅速衰变为更加稳定，质量更小的粒子。物理学家们需要对这些衰变产物进行分析，并且通过分析来推断这种被称为“上帝粒子”的神秘粒子是否存在。在分析过程中，希格斯粒子是否存在会从数据图形的峰值中体现出来。

六点重大影响： 1.揭开质量起源之谜

物体的质量是怎么来的?这个问题一直困扰物理学界，而希格斯玻色子恰恰被认为与宇宙中一切物体的质量起源有关。希格斯玻色子与一种场有关，那就是所谓的希格斯场，理论上认为这种场充斥着整个宇宙。当宇宙中的其它粒子在这一场中运行时便获得了质量的属性。这就有点像是大家都在一个游泳池里游泳，然后身上都会被打湿，在这里，被水打湿就像是物体获得质量一样。

美国哈佛大学物理学家杰奥•哥斯达(Joao Guimaraes da Costa)表示：“希格斯粒子的机制让我们能够理解粒子获得质量的途径和方式。” 哥斯达是去年欧洲核子中心宣布疑似希格斯粒子发现时，大型强子对撞机(LHC)所属ATLAS探测器设备的标准模型召集人。他说：“如果没有这种机制，那 么所有的一切物体都将失去质量。”

确认此次发现的粒子确实是希格斯粒子将证明我们设想的粒子获得质量属性的方式是正确的。美国加州理工学院物理学教授玛利亚•斯皮罗普鲁(Maria Spiropulu)表示：“这项发现从量子层面支持了我们对于质量来源的看法，而这正是我们当初建造大型强子对撞机的目的。这是一项无与伦比的成就。”

而后，这将进一步为一个更深层次的问题提供解决的线索，那就是：为什么这些粒子拥有这一质量数值?这个值是如何确定的?对此，哈佛大学物理学家 丽萨•兰德尔(Lisa Randall)表示：“这是一个大得多的问题。确认这的确是希格斯粒子只是整个过程的第一步，此后我们才能更往前走，这两者之间是相互联系的。”

2.完善标准模型 标准模型是当代粒子物理学的基石，它描述了整个宇宙中所有的粒子。所有被标准模型所预言的粒子此前都已经被找到了，除了希格斯粒子。就在去年宣布初步结果时，欧洲核子中心ATLAS实验设备科学家乔纳斯•斯兰德伯格(Jonas Strandberg)就曾表示：“这是标准模型中缺失的一环，因此如果这一发现得到最终确认，那么它将最终证明我们目前的认识是正确的。”

到目前为止，科学家们所发现的这一疑似希格斯粒子似乎和标准模型中预言的性质相吻合。但即便如此，标准模型本身也并不完整：例如它没有包括引力，也没有将被认为占据整个宇宙物质总量约98%的暗物质成分考虑进去。

美国费米国家实验室CMS中心的物理学家帕提•麦克布雷德(Patty McBride)在上周四表示：“即便有证据清晰地证明目前我们新发现的这一粒子确确实实就是标准模型所预言的希格斯玻色子，即便如此我们对宇宙的认识仍然模糊不清。”他说：“我们仍然不能理解为何引力如此微弱，我们还要面对巨大的暗物质的存在。不过，对于这一已经有48年历史的经典理论来说，迈出了完善的第一步仍然不失为一件令人高兴的事。”

3.电弱相互作用

确认希格斯粒子还将对电弱相互作用的构建产生重要影响。这种作用是对电磁作用与弱相互作用的统一描述，这两者都是自然界的基本力类型之一。电磁作用描述带电粒子之间的相互作用，而弱相互作用则描述放射性衰变过程。

自然界中所有力的作用都和某种粒子有关。比如与电磁力有关的粒子是光子，这是一种质量为零的特殊粒子。而弱相互作用力则和名为W和Z的玻色子有关，这两种粒子都拥有很高的质量值。而所有这些粒子的质量来源，便被认为是希格斯玻色子的作用造成的。

欧洲核子中心的斯兰德伯格表示：“如果引入希格斯场的概念，那么W和Z玻色子就会和这个场混杂在一起，在这一过程中它们便获得了质量。”他说：“这解释了为何W和Z玻色子会有质量，并将电磁作用和弱相互作用两种基本力统一了起来，构成电弱相互作用。”

4.超对称理论

超对称理论也将受到希格斯粒子发现的影响。这一理论认为任何一种已知的粒子都有一个“超级伙伴”粒子，这种伙伴粒子拥有轻微差异的性质。超对称理论拥有很大的吸引力，因为它可以统一自然界中的其它基本作用力，甚至有希望揭开暗物质构成之谜。然而到目前为止这一理论的前景黯淡，科学家们只找到了和标准模型预言的希格斯粒子性质极其相似的粒子，但是却没有能发现任何和超对称粒子有关的线索。

5.大型强子对撞机

大型强子对撞机(LHC)是世界上最大的粒子加速器。这一耗资约100亿美元的设备率属于欧洲核子研究中心(CERN)，其目的是创建地球上能级最强大的粒子加速器设施。而其中找出希格斯玻色子则被列为了该设备的最优先目标之一。此次最新宣布的结果为LHC此前的结果提供了强有力的证明，也是对此前一直在这里为达成这一目标而忘我工作的物理学家们所取得丰硕成果的最好证明。

斯皮罗普鲁在去年的一份声明中表示：“这项发现从量子层面支持了我们对于质量来源的看法，而这正是我们当初建造大型强子对撞机的目的。这是一项无与伦比的成就。”他说：“科学家们已经等待了整整一代人的时间，为的就是这一刻。来自全世界各地大学和研究机构的粒子物理学家，工程师和技术人员们已经为了达成今天的这一成就奉献了数十年的辛勤工作。现在是时候让我们暂时停下脚步，回过头去审视这项发现的意义了，然后再继续进行海量的数据收集和分析工作。”

希格斯玻色子最早是在1964年由英国物理学家皮特•希格斯和同事们提出的。而这个名字的后半部分则是为了纪念杰出的已故印度物理学家和数学家玻色，他与爱因斯坦一同给出了玻色子的定义。玻色子是一类基本粒子，主要包括胶子和引力子等。其负责传递费米子之间的相互作用，如夸克，电子和中微子等等。费米子是宇宙中的另外一种基本粒子类型。

6.宇宙的命运

希格斯玻色子的确认将为科学家们开启一扇大门，让他们得以进行此前无法进行的一些计算。其中一些计算的结果有关宇宙的命运。有一种观点认为宇宙将在未来数十亿年内毁灭。

在进行这样的计算时，希格斯玻色子本身的质量是一个非常关键的参数，它预示了时空的未来命运。目前的测量值显示，希格斯玻色子的质量约为质子的126倍，这一质量值几乎已经处在了一个临界点上，它将有可能让宇宙在未来数十亿年内走向毁灭。

约瑟夫•林肯(Joseph Lykken)是美国费米国家实验室的物理学家，他表示：“计算的结果告诉我们，在数十亿年之后宇宙将可能面临灾难。”他说：“这或许意味着我们所生活于其中的这个宇宙本身存在着内在的不稳定性，在数十亿年之后这一切都将归于瓦解。”

基本粒子质量之源

若没有希格斯粒子，其他基本粒子就会仍以光速运行，宇宙将仍然是一锅沸腾的基本粒子汤，不能组成物质，生命无从谈起希格斯粒子究竟是什么?为什么找到它如此重要? 早在202_多年前，人类便开始追问，我们所生活的世界是怎样形成的?从德谟克利特的“原子说”到如今被科学家普遍接受的标准模型理论，从朴素的形而上学概念到标准模型所预言的粒子陆续被证实，人类似乎越来越接近这一问题的答案。

在标准模型里，宇宙由62种不可再分的基本粒子构成，通过强力、弱力及电磁力这三种基本作用力组合成各种复合粒子，进而构成物质世界。基本粒子可以分为两大类：自旋为半整数的费米子(fermion)和自旋为整数的玻色子(boson)。费米子是构成物质“实体”的粒子，也称之为物质粒子，而玻色子则传递基本相互作用，也可称为载力粒子。

然而在标准模型建立过程中，有一个问题却一直困扰着科学家：按照标准模型理论，基本粒子并没有质量，但实验结果却又清楚表明，除了光子以外的基本粒子都是有质量的。

1964年，希格斯等人提出了“希格斯机制”的概念，在理论上解决了这个问题。希格斯们认为宇宙间遍布“希格斯场”，基本粒子在与希格斯场的相互作用下获得了质量，而形成希格斯场的就是一种新的粒子，被命名为希格斯粒子。

根据对希格斯粒子性质的预言，希格斯粒子的自旋为零，是一种玻色子，所以又把希格斯粒子称为希格斯玻色子。

希格斯理论提出，在宇宙诞生的最初，并没有希格斯粒子的存在，其他的各种基本粒子都如光子一般，以光速横冲直撞。宇宙诞生十几秒后，希格斯粒子 诞生，形成了“希格斯场”。除了光子，其他的基本粒子与希格斯粒子发生碰撞后，就如同轻巧的棉花吸饱了水分一般，获得了质量，而速度就慢下来了。

慢下来的基本粒子“夸克”在强相互作用下，抱团组成了质子、中子等粒子，质子和中子又组成了原子核，原子核与电子在电磁力作用下又形成了原子，原子构成分子，由此形成了我们所见到的大千世界。

如果没有希格斯粒子，其他的基本粒子就会仍然以光速运行，不能聚合在一起，我们的宇宙将仍然是一锅沸腾的基本粒子汤，根本不能组成物质，生命也无从谈起。

希格斯玻色子的存在是希格斯机制的必然结果之一，假若实验证实希格斯玻色子存在，则可给予希格斯机制极大的肯定。更重要的是，它的发现弥补了标准模型的缺漏，奠定了标准模型的基础。

由于希格斯粒子一直未被发现，这些重要的问题一直悬而未决。这个标准模型理论预言的最后一个粒子便一直成为科学家们苦苦追求的目标。

等等，万一希格斯理论被证明是错误的，希格斯粒子根本就不存在呢? 曾获诺贝尔奖的著名粒子物理学家莱德曼表示，如果这样，标准模型理论将被推翻，至少需要进行修改。他表示，“这就像哥伦布启程去寻找印度群岛一样，他和他的信徒们相信，如果没有达到目的，他也会发现一些别的东西，这些东西可能会更有意义。”

在这个意义上来说，很多科学家反倒有些失望，毕竟找到一个48年前就被预言了的“老粒子”多少有些无趣，他们期盼的是更为颠覆性的发现：假如标准模型被推翻，整个物理世界的理论都有可能要重新改写。寻找希格斯粒子历程艰难花费惊人

上帝粒子之所以取名为希格斯，是因为它是英国科学家彼得•希格斯(Peter Higgs)于1964年提出的(与他差不多同时提出希格斯这一机制的还有其他几个人，一旦希格斯粒子的存在最后被确认，他们将分享诺贝尔物理奖)。

寻找希格斯的工作早在上世纪90年代的LEP对撞机上就开始了。LEP似乎看到了希格斯的小尾巴，可惜LEP对撞机由于要让位于LHC的修建而过早关闭了，从此便与希格斯擦肩而过(现在看来，LEP的能量再提升一点就有能力看到希格斯了)。

接下来前赴后继的是美国费米实验室的Tevatron对撞机，这一领世界风骚近20年的对撞机也对希格斯进行了大力追捕，也模模糊糊看到了希格斯的娇容，可惜这一对撞机正值壮年就被关闭了(被关闭的原因是在能量和亮度两方面都竞争不过欧洲人的LHC对撞机)。

其实在LHC建造之前，美国人已经开始建造超级超导对撞机SSC，按照设计它将是真正的巨无霸对撞机，其能量比LHC还要高3倍，目标也是寻找希格斯。可惜，SSC由于花费惊人(被称为“吞噬金钱的无底洞”)而被美国国会终止了，已经挖好的地洞也被填平(很多第三世界国家的人为此叹息，这些花巨资挖的地道可以作防空洞或地道战用啊)。

但是，欧洲人并没有因此而停顿建造LHC的步伐，欧共体成员国共同出钱如期完成了LHC工程(世界上其他大国包括中国在内，也不同程度地出了钱)。LHC对撞机是人类历史上投资最大的科学研究机器，造价高达100亿美元，这一人类历史上最高能量对撞机的主要目标就是寻找上帝粒子——希格斯。由于LHC涉及到几十个国家和几百个大学，它的发言人在7月4日的发布会做最后总结时说，LHC是全球的力量、全球的成功!

第四篇：1935年诺贝尔物理学奖——中子的发现

1935年诺贝尔物理学奖——中子的发现

1935年诺贝尔物理学奖——中子的发现

1935年诺贝尔物理学奖授予英国利物浦大学的查德威克（SirJames Chadwick，1891——1974），以表彰他发现了中子。

中子的发现具有深远的影响。由此引起了一系列后果：第一是为核模型理论提供了重要依据，苏联物理学家伊万宁科（D.Ivanenko）据此首先提出原子核是由质子和中子组成的理论；其次是激发了一系列新课题的研究，引起一连串的新发现；第三是找到了核能实际应用的途径。用中子作为炮弹轰击原子核，比α粒子有大得多的威力。因为它像一把钥匙，打开了原子核的大门。

查德威克是卢瑟福的学生，1891年10月20日生于英国的曼彻斯特（Manchester）市。1911年在曼彻斯特大学毕业后，留校在卢瑟福实验室研究放射性，1913年获硕士学位，随即得奖学金赴柏林向卢瑟福的合作者盖革（H.W.Geiger）学习，在那里正遇上第一次世界大战爆发，他被作为战争囚犯关押起来，但在监禁期间他仍设法搞起一个小的研究实验室。1919年查德威克回到英国，随卢瑟福来到卡文迪什实验室，协助卢瑟福完成人工核转变的实验研究。1923年当上了卡文迪什实验室助理主任，是卢瑟福的主要助手和合作者。查德威克对科学作出过许多贡献，早在1914年当他还是个学生的时候，就发现β射线能谱是连续的。1920年他通过铂、银和铜核研究α粒子的散射，直接测出了原子核的电荷，从而完全证实了卢瑟福的原子理论和关于元素的核结构以及核电荷数与元素的原子序数相等的结论。

查德威克发现中子不是偶然的事件。他是在卢瑟福的中子假说指导下，经过多年的努力，反复试验、多方探索才取得成功的。早在1920年，卢瑟福就在著名的贝克尔演讲（Bakerian Lecture）中阐述过他的思想。他说：“在某些情况下，也许有可能由一个电子更加紧密地与H核结合在一起，组成一种中性的双子（doublet）。这样的原子也许有很新颖的特性。除非特别靠近原子核，它的外场也许实际为零。结果就会使它有可能自由地穿透物质。它的存在也许很难用光谱仪进行检测。也许不可能把它禁闭在密封的容器里。换句话说，它应很容易进入原子结构内部，或者与核结合在一起，或者被核的强场所分解……。”

卢瑟福发表如上的见解，是经过深思熟虑的。他在1919年根据氮蜕变为氢的实验事实判定质子（即氢核）是氮核、也是各种元素的核的组成部分之后，就认识到元素的质量数A（原子量）与电荷数Z（原子序数）之间存在矛盾，势必要假设在原子核内有A个质子和（A－Z）个电子，而电子只有跟质子结合，才有可能在原子核中长期呆下去。

为了检验卢瑟福的假说，卡文迪什实验室从1921年就开始了实验工作。查德威克在卢瑟福的指导下，更是目标明确，前后12年的摸索，经历了许多曲折，终于成功。

卢瑟福在贝克尔演讲后不久，请格拉森（J.L.Glasson）在氢气中放电时寻找中子的产生，不久，罗伯兹（J.K.Roberts）也做了类似的实验。卢瑟福并不指望用这种方法会获得中子的证据，但实验还是做了。在这些实验中氢的质量和所用电压都太小了。观察正常状态下的氢，尽管它表面上很稳定，但并不是一点没有理由的。他们想，既然质子和电子的紧密组合是可能的，它一定是自发地进行的。这样组成的中子在宇宙辐射的作用下，也许会重新分裂。1923年查德威克得到

1935年诺贝尔物理学奖——中子的发现

卢瑟福的赞同，尝试在大质量的氢化材料中检测γ辐射的发射，用游离室和点计数器作为检测手段。几年后，1928年盖革缪勒（Müller）设计出了现在普遍称做盖革计数器的仪器，可以大大增加检测γ辐射的能力。盖革送给查德威克两个新计数器和制作计数器的指示书。卢瑟福和查德威克立即用这种新仪器重复氢的实验。他们想尽各种办法，希望找到中子的踪迹。他们还用同样的方法检验某些稀有气体，以及任一种能够到手的稀有元素，试图发现形成中子和发射中子的信号。

在初步如此尝试之后，查德威克考虑到中子只有在强电场中形成或存在的可能性，还考虑到用快速质子打入原子，也许能找到某些证据，特别是原子序数大的原子，那里电子也许束缚得很紧。在给卢瑟福的一封信中，他写道：“我想，我们应对中子作一番真正的研究，我相信我有了一个可以付诸行动的计划……。”他想至少需要有200 000V来加速质子。没有合适的变压器可用，尽管卢瑟福颇有兴趣，却没有钱用于这样庞大的计划……。这一想法查德威克坚持了一、二年，在其它工作的间隙中，他尝试找到一种方法把特斯拉（Tesla）线圈产生的电压用于加速放电管中的离子。

在他们用α粒子使轻元素转变的工作中，并没有忘记发射中子的可能性，特别是那些不发射质子的元素。他们寻找会不会有不受磁场偏转的辐射引起微弱的闪烁。几年之后，他们在1929年才发表唯一的一篇文章，特别提到研究中子的这种方法。

正当查德威克着手进一步开展探讨中子的研究时，柏林的玻特（W.Bothe）和巴黎的约里奥-居里夫妇（Joliot－Curies）相继发表了他们的实验结果。

玻特是德国著名物理学家，曾在盖革的研究所里工作，花了很大力气研究盖革发明的电计数器，用之于探测微观粒子，这种方法有效地代替了闪烁计数法，使核物理的实验研究条件获得很大改进。从1928年起，玻特和他的学生贝克尔（H.Becker）用钋发射的α粒子轰击一系列轻元素，发现α粒子轰击铍时，会使铍发射穿透能力极强的中性射线，强度比其它元素所得要大过10倍。用铅吸收屏研究其吸收率，证明这种中性辐射比γ射线还要硬。1930年，玻特和贝克尔率先发表了这一结果，并断定这种贯穿辐射是一种γ射线。

在巴黎，居里实验室的约里奥-居里夫妇也正在进行类似实验。他们虽然没有用电子学方法，但却拥有比别人强得多的放射源。他们把石蜡板放在放射源和游离室之间，发现静电计偏转激增。石蜡含氢，会不会是氢核被铍辐射撞击形成新的射线？于是他们加磁场进行检验，磁场果然对这一射线有作用。遗憾的是，他们在肯定石蜡发出的是质子流之后，也和玻特一样，把铍辐射看成是γ射线。

1932年1月18日约里奥-居里夫妇宣布，铍辐射的能量是如此之大，竟能把氢核（质子）从石蜡板中撞击出来。随后，他们还用云室拍到了质子流的照片，约里奥-居里夫妇虽然没有摆脱玻特的错误解释，但他们用石蜡进行试验，判定质子流的产生，确是搞清铍辐射性质很重要的一步。如果说，约里奥-居里夫妇在这项工作中有什么失误的话，那就是：他们没有从能量的角度去算一下，γ粒子有没有可能打出质子，并使质于作高速运动。后来，他们回顾当年的工作时说，如果他们读过并且领会1920年卢瑟福的演讲内容，了解他的中子假说，肯定会对这个实验作出正确的解释。

约里奥-居里夫妇的实验对查德威克有极大的启发。当查德威克读到约里奥-居里在《通报》（Comptes Rendus）上的文章，文中报告了铍辐射极其惊人的特性，他立即告诉了卢瑟福。卢瑟福表示不相信，建议尽快做实验进行检验。这时查德威克正好准备开始实验，因为他已制备好了钋源。他以客观的态度工作，几

1935年诺贝尔物理学奖——中子的发现

天紧张的实验，就证明了这些奇异效应是某种中性粒子的作用。他还测出了这种粒子的质量。卢瑟福1920年假设的中子终于出现了。就在1932年2月17日，查德威克写信给《自然》（Nature）杂志，发表了他的结果，这篇通信的题目叫：《中子可能存在》，离约里奥-居里的文章不到一个月。接着，在《英国皇家学会通报》上他又发表了题为：《中子的存在》一文，详细报告了实验结果及理论分析。

查德威克做了如下实验：

（1）考察反冲现象的普遍性。他把上述各种轻元素和气体一一进行试验，证明毫无例外地都会发生核反冲现象。

（2）检验碰撞的能量关系。查德威克用石蜡做吸收实验，在石蜡板和游离室之间放置不同厚度的铝片，作吸收曲线，由此测出石蜡放出的质子具有5.7×106eV的能量。如果铍辐射是由γ光子组成，根据能量守恒定律和动量守恒定律，可以像康普顿效应那样计算出γ光子的能量应为55×106eV。用同样的铍辐射轰击氮，从云室中氮的反冲核留下的径迹，估计氮核能量约为1.2×106eV，计算得到的γ光子能量应为90×106eV。这就表明：如果用与量子的碰撞来解释反冲原子，则当被碰撞原子的质量增加时，必须假设这一量子的能量越来越大。

查德威克在论文中写道：“显然，在这些碰撞过程中，我们要么放弃应用能量与动量守恒，要么采用另一个关于辐射本性的假设。如果我们假设这一辐射不是量子辐射（即γ光子）而是质量与质子几乎相等的粒子，所有这些与碰撞有关的困难都会消除……”

于是，查德威克就假定铍辐射是卢瑟福预言的中子。（3）用云室测中子质量。将氮充入云室，从云室观测到氮原子在铍辐射（中子）轰击后的反冲速度为4.7×108cm/s，与同样的铍辐射（中子）轰击石蜡得到的质子速度3.3×109cm/s进行比较，可以粗略求得铍辐射的粒子质量与质子的质量非常接近。

查德威克还进一步根据质谱仪测得的数据推算出了中子的精确质量为1.0067（原子质量单位），并对中子的性质进行了详尽的分析，以确凿的事实证明中子的存在。

查德威克如此快就取得这样重大的成果，是和卡文迪什实验室整个集体的支持分不开的。卢瑟福自不待说，其他成员，包括年轻的研究生和来自各地的研究人员也大力相助，发挥了集体的智慧和力量。当时，卢瑟福的亲密同事，苏联物理学家卡皮查曾组织过一个“俱乐部”，每周定期聚会，交谈工作中的问题和体会。这一天，正好查德威克做了有关铍辐射的实验，对中子的存在还没有完全把握，他把实验情况和自己的想法向大家谈了。关于中子的认识在卡文迪什实验室里早已尽人皆知，没有人怀疑。这时七嘴八舌地议论了近一个小时。有的建议用云室，有的提供质谱仪的新近情况，有的自告奋勇协助查德威克……，这大大地促进了中子实验的进程，使查德威克迅速由“中子可能存在”转变为“中子肯定存在”。

查德威克1935年——1948年任利物浦大学教授。1948年起任剑桥大学戈维尔和凯尔斯学院院长。1927年当选为英国皇家学会会员。剑桥、牛津等许多大学都授予他荣誉学位。1945年被封为爵士，1974年7月24日逝世。

第五篇：1979年诺贝尔物理学奖——弱电统一理论

1979年诺贝尔物理学奖——弱电统一理论

1979年诺贝尔物理学奖——弱电统一理论

1979年诺贝尔物理学奖授予美国马萨诸塞州坎伯利基哈佛大学莱曼实验室的格拉肖（Sheldon L.Glashow，1932—）、英国伦敦帝国科技学院的巴基斯坦物理学家萨拉姆（Abdus Salam，1926—1996）和美国马萨诸塞州坎伯利基哈佛大学的温伯格（Steven Weinberg，1933—），以表彰他们在发展基本粒子之间的弱电相互作用理论的贡献，特别是预言了弱中性流①

有人说，相对论和量子力学是20世纪物理学最重要的成果，而把电磁力和弱力统一在一起的弱电相互作用理论则是20世纪的最高点，这无疑是恰当的评价。

格拉肖1932年12月5日出生于美国纽约。父亲为了躲避沙俄对犹太人的迫害，年轻时从俄国移居到美国，当了一名管钳工。格拉肖有两个哥哥，比他大十几岁。父母和哥哥都很喜欢他，给他创造了较好的条件，让他学习科学。他在家里的地下室有自己的化学实验室，从小就对科学有强烈的兴趣。1947年格拉肖进纽约的布朗克斯理科中学，温伯格是他的同窗好友。从这时起就开始了他们之间的共同追求。格拉肖酷爱读书，并组织了一个科学幻想俱乐部，出版了中学科学幻想杂志。1950年格拉肖和温伯格一起进入康奈尔大学。格拉肖对这里的本科教学不大满意，因为有名的教授都去给研究生开课，于是就在三四年级时选修了经典电磁理论、量子场论之类的研究生课程。他还经常参加学术报告会。和中学时期一样，他喜欢和同学们讨论问题。1954年大学毕业，格拉肖来到哈佛大学，选择了著名物理学家施温格当自己的导师。在施温格的指导下，格拉肖选取了“基本粒子衰变中的矢量介子”作为自己的博士论文题目。1958年获博士学位。后得到一笔美国科学基金会资助来到丹麦的理论物理研究所。在这里做了两年的研究工作，就在这段时期，他发现了关于弱电统一理论的SU（2）×U（1）模型。

这项重要工作实际上在做博士论文时就已有准备，他在论文附录中就提到了弱电统一的思想，而这一思想正是他的导师施温格首先倡导的。

1956年施温格就已开始考虑弱电统一理论。这件事的由来还应追溯到李政道和杨振宁对弱相互作用中宇称不守恒的发现。这一发现促使人们认识到弱相互作用是普适的V－A型理论，并使人们注意到弱相互作用和电磁相互作用之间有某种共同点，从而进一步考虑两者之间的统一性。施温格在1957年发表的论文中提出弱相互作用是由光子和两个矢量玻色子传递的，这三种粒子应该组成三重态。这个理论虽然因为本身的缺陷：是张量型的而不是V-A型的，又没有考虑到弱中性流，因此没有成功。

1958年格拉肖把他的博士论文附录扩展为以“矢量介子相互作用的可重正性”为题的论文，他主张弱电统一理论应以杨振宁和米尔斯（R.L.Mills）的规范理论为基础。在这篇论文中他还试图证明杨-米尔斯理论是可重正的。

这一年格拉肖到英国就他自己对弱电统一理论的看法作了一次学术报告，听

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众中有来自巴基斯坦的萨拉姆。萨拉姆也是受施温格的启发正在研究统一弱电相互作用的问题，并对重正化大伤脑筋，因为他和他的合作者还一时无法克服无穷大的问题。当他听格拉肖说到自己的理论是可重正化时，竟大为惊奇。于是仔细研究了格拉肖的做法，结果发现格拉肖的论文有错误。

格拉肖并没有因为这件难堪的事灰心，他继续进行弱电统一理论的研究。1960年，格拉肖发现描述弱电相互作用的规范群必须大于SU（2）。由此他想出了一条通向可重正化的方案，即在SU（2）×U（1）群中有两个电中性的传播子，一个是无质量的光子，另一个是有质量的中性矢量介子。格拉肖把这个想像中的中性矢量介子称为B。他把这些思想写成论文“弱相互作用的部分对称性”。这篇论文与1958年写成的那一篇不同之处在于，他假设弱电统一规范粒子是四个，而前一篇假设的是三个，即一个矢量玻色子的三重态。他现在假设应该在三重态之外再引入一个中性矢量玻色子。也就是说，还存在有一种全新的弱相互作用，是由假设中的中性矢量玻色子传播的。这一矢量分子B多年后才得到证实，人们称之为Z°。

然而，格拉肖的理论仍然没有得到人们的响应，主要的原因当然是他假设的B矢量介子一时得不到证实，而且他的理论仍然是不可重正的，他把量子电动力学和杨-米尔斯的规范理论这两种理论联合成一体，可是电磁作用力宇称守恒，而弱相互作用宇称不守恒，有点自相矛盾。

格拉肖没有气馁，1961年又写了一篇论文讨论弱电统一理论。他的同学温伯格和正在英国的萨拉姆继续推进这项研究使之达到完善。

温伯格和格拉肖一样也是出生于美国纽约，他比格拉肖小几个月，是1933年5月3日出生的。和格拉肖一样，温伯格也是从小热爱科学，后来两人一起念中学和大学，在他们的集体中还有一位物理学家，名叫费恩伯格（G.Feinberg）。费恩伯格和温伯格后来还一起研究过μ介子物理，并联名发表过几篇论文。三人从小要好，都是中学科学幻想俱乐部的成员，经常聚会，讨论科学问题。在大学期间，温伯格就选定理论物理学作为自己的专业。1955年他进入普林斯顿大学，在特莱曼（S.Treiman）的指导下做博士论文，选题就是重正化理论在弱作用过程中强相互作用效应的应用，题名“强相互作用在衰变过程中的作用”。可见，重正化在他的工作中占有重要地位。

1957年—1959年，温伯格在哥伦比亚大学当博士后，以后又到伯克利加州大学工作。他的研究对象相当广泛：从量子场论到宇宙学中的中微子问题、流代数问题和量子色动力学。弱相互作用则是他工作的重点，多年来，他和其他人合作写过多篇很有影响的论文。

对于弱电统一理论，温伯格开始得比较晚，大约在1965年—1967年，他涉足手征对称性问题。他导出了π介子散射长度的一般结果，解决了计算形状因子的问题。他研究了强相互作用破坏SU（2）×U（2）对称性的含义。他认为SU（2）×U（2）对称性也许不仅是整体对称性，很可能是定域对称性。也就是说，强相互作用有可能用像杨-米尔斯理论之类的形式来描述。在此基础上他提出了

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一个模型，模型中起传播作用的是介子三重态。在研究中他发现了谐函数求和规则。然而，SU（2）×U（2）理论不是规范不变的，因此不能重正化。要使理论满足规范不变性，轴矢量介子应为重粒子，ρ介子是无质量的，π介子应该不存在。可是，这样似乎又与实验相矛盾。

1967年秋季的一天，温伯格在开车时偶然地闪现出一道思想火花。为什么不可以把强相互作用的数学工具用在弱相互作用和中间矢量玻色子的问题上。没有质量的粒子不是ρ介子，而应该是光子，随伴着它的不是轴矢量介子，而应该是有质量的中间玻色子。而中间玻色子是传递弱相互作用的。这样一来，弱相互作用和电磁相互作用就可以在规范对称性的思想下统一地描述。于是，温伯格就开始构筑弱电统一规范理论，并利用对称性自发破缺机制（黑格斯机制）解释了光子和中间玻色子的质量差异。

当温伯格向公众发表自己的新理论时，萨拉姆也提出了相同的理论。

萨拉姆1926年1月29日出生于原属印度的旁遮普邦农村的书香门第家庭，从小受严格的良好教育，他是个神童，6岁半就进了小学四年级，14岁以优异的成绩中学毕业，得奖学金上了旁遮普大学，1946年获数学硕士学位。同年进入英国剑桥大学，并从数学转修物理。他对狄拉克十分崇拜，打算做一名理论物理学家。同时他也注重实验，一度进入卡文迪什实验室学习和工作。不过最后还是回到理论方面。

1950年，萨拉姆发表了论文“三场重正化问题中的微分恒等式”，开始引起人们注意。他发展了重正化方法，并用之于介子场。1957年，萨拉姆独立地提出了中微子的二分量理论。1967年，萨拉姆独立于温伯格提出了中性流相互作用的概念，并由此建立了弱电统一理论。

萨拉姆1996年11月21日逝世于英国牛津的寓所里。

① 始末态粒子有相同的流称为中性流。

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