王淦昌與「鬼魂粒子」的故事

「鬼魂粒子」的學名叫「中微子」，是組成宇宙萬物的一種基本粒子。我們知道，物質是由原子構成的，而原子又由更小、更基本的粒子構成，這些更小、更基本的粒子被稱作「基本粒子」。人類最先發現的基本粒子是「電子」，它帶一個單位的負電，接著又發現第二個基本粒子「質子」，它帶一個單位的正電，質子的質量比電子大1800多倍。科學家們在發現電子和質子後，心情是非常興奮的，他們心滿意足地說：「瞧，這宇宙的構造多麼完美啊!兩種基本粒子，一個帶正電，一個帶負電，它們組成了宇宙萬物，這種宇宙圖景是多麼神奇，多麼簡單，多麼美麗！真是太妙了！」

但是，科學家們高興得早了，宇宙的構成並不像科學家想像的那麼簡單。1930年底，為了解決當時物理學中出現的一個嚴重困難，奧地利物理學家泡利提出，宇宙中應該還有一種基本粒子，這種粒子不帶電，質量幾乎等於零，可以自由自在地穿過像地球這樣大的物體。因為這種假想中的粒子不帶電(即電中性)，質量又非常非常微小，所以人們給它取了一個學名叫「中微子」。

中微子提出來以後，幾乎沒有人相信真有這種粒子。由於它神出鬼沒、性格古怪、來去影無蹤，因此有人就給中微子取了一個綽號叫「鬼魂粒子」。泡利提出中微子假說後，不僅別人不相信，連他自己也很心虛。在他正式向大家宣布中微子假說的那一天晚上，他對另一位科學家說：「我今天做了一件很糟糕的事。一個物理學家無論什麼時候也不應該這麼做的。我提出了一個在實驗上永遠檢驗不了的東西。」

王淦昌（網路圖）

正當泡利還猶豫不定的時候，王淦昌卻毅然決心要找到中微子。在徵得導師邁特納的同意和幫助後，一場艱苦的探索開始了。這個實驗的難度非同一般，因為這是一個前無古人的全新探索，沒有任何現成的設備可供利用，所有儀器設備都得親自設計和動手研製。

經過一年多的艱苦探索，王淦昌終於取得了重要成果。他以精確的實驗數據，在物理學史上首先初步證實了關於中微子的預言。但是，這個實驗尚有許多問題，應該做得更完善才能經得起嚴格的推敲。可惜，正當他揚帆於科學探索的航程時，留學期限已經到了，而王淦昌又不願意繼續留在德國，他急於返回祖國，貢獻出自己的智慧和力量。

回國後，王淦昌到浙江大學任教。但是不久，日本帝國主義發動了全面侵華戰爭。當時王淦昌一直處於動蕩不安的生活之中，無法進行科學研究。直到1940年以後，他才在比較安定的環境中生活。

王淦昌從沒有忘記中微子。一旦條件稍微好轉，他馬上就繼續進行尋找中微子的研究。在他離開德國以後的幾年時間裡，科學家對中微子的認識又有了變化。1936年，英國的狄拉克以很尖銳的措詞，反對泡利的中微子假說，他在文章中寫道：「中微子這個觀察不到的新粒子，是某些研究者閉門造車硬造出來的。」

狄拉克可不是一般的人，他是20世紀最偉大的物理學家之一，又是剛獲諾貝爾物理學獎的科學大師。他說根本就沒有中微子這個「硬造出來的」玩意兒，那對泡利的假說就非常不利。要想說服狄拉克和許多不相信中微子的人，辦法只有一個：在實驗室里找到中微子!

可是，想找到中微子又談何容易啊！近十多年，世界上有許多優秀的物理學家設計了許多巧妙的實驗，卻硬是找不到這個像「鬼魂」一般的粒子。

王淦昌老師在授課（網路圖）

抗日戰爭日益嚴重，王淦昌隨浙江大學遷到貴州省的湄潭。雖然條件極其惡劣，加上他又患上了肺病，但他仍然以驚人的毅力，決定設計一個巧妙的實驗，找到這個神出鬼沒的粒子。

他很明確地認識到：「泡利的假說雖然很了不起，但如果不能從實驗中找到中微子，則這個假說就是空中樓閣。這麼說當然還是比較容易，但真要在實驗中做到這一點就不容易了。好在王淦昌這時已不是在德國留學時的王淦昌了，湄潭條件雖差，但王淦昌已經比較成熟了，知道什麼事情應該搶先做，也知道該怎麼做。

經過一年多的歸納、分析和比較，王淦昌終於設計出一個絕妙的實驗方案，他相信這個方案一定可以最終找到中微子。這個方案的思路現在看起來很簡單，一般讀者也許可以理解。

1940年初，王淦昌從國外一份重要物理期刊雜誌上看到一些論述可以產生中微子的核反應，其反應式多為：A B + e+ + ν 。式中A、B為反應前後的兩種元素，e+為正電子，ν為中微子。他覺得這種反應式生成三種物質（B、e+和ν），太複雜，不容易準確測定中微子的質量和能量，應該另闢新的途徑。經過反覆思考，他想到用「K電子俘獲」的方法來尋找中微子。

什麼是K電子俘獲呢？繞核旋轉的電子有許多層，最靠近核的那一層被稱為K層，如果原子核俘獲其K層的電子，這就是K電子俘獲。在這一過程里，核不發射電子，而是從最靠近核的K層軌道上俘獲一個電子。其反應式為：A + e- B + ν 。式中e-為電子。在這種反應過程後，只有兩個粒子（反衝核B和中微子ν），這兩個粒子的動量是完全確定的。如果選用比較輕的原子核，反衝核動量比較大，更容易測量。王淦昌還認為，由於輕元素反衝核容易測量，所以建議用鈹的K電子俘獲過程來檢驗中微子的存在，即：Be + e- Li + ν 。式中Li是元素鋰。可惜當時正是抗日戰爭最艱難的歲月，教授連工資幾乎都拿不到，哪有條件去購買精密儀器來做實驗呢？

在萬般無奈之中，王淦昌只好把他的設計方案寫成文章，先是寄給《中國物理學報》，但沒有被採用。1941年10月，王淦昌又把文章寄給美國的《物理評論》。後來，一位中國物理學家說：「這是《中國物理學報》的一個損失。可以說是失之交臂啊!」

王淦昌的文章在美國刊登之後，僅僅兩個月的時間，就有一位美國物理學家阿倫按照王淦昌的方案，找到了中微子。王淦昌的論文和阿倫的實驗，完全證明了中微子的存在，在當時引起了相當大的轟動。1943年，美國《現代物理評論》將「王淦昌一阿倫實驗」列為國際物理學重大成就之一。評論中寫道：「王淦昌和阿倫的實驗，完全足以證明泡利中微子的假說。」

可惜的是，當時正是第二次世界大戰最激烈和最殘酷的時期，因此這樣一個重大的科學突破，沒有引起人們足夠的重視，也沒有得到應有的宣傳，否則是完全有資格問鼎諾貝爾物理學獎的。更令人氣憤的是，美國和前蘇聯的某些人卻故意歪曲事實，把王淦昌的重大成就說成是他們的功勞。但歷史事實是抹煞不了的，是中國科學家的光榮和功勞，我們有責任弄清事實真相，讓每一個中國人都知道，並且牢記在心。

作者：楊建鄴

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