我国核物理研究开拓者赵忠尧教授逝世

在22年前的今天，1998年5月28日(农历1998年5月3日)，我国核物理研究开拓者赵忠尧教授逝世。1998年5月28日，著名物理学家、我国核物理研究的开拓者、中国科学院院士赵忠尧教授因病逝世，享年96岁。赵忠尧教授是浙江省诸暨县人。物理学家、教育家。我国核物理、加速器、宇宙线研究的先驱者和奠基人之一。发现硬γ射线的反常吸收以及伴随出现的“特殊辐射”，最早观察到正负电子对产生和湮没的现象，对正电子的发现和物理学家接受量子电动力学理论起了重要作用。1925年他从东南大学毕业后任清华大学助教，1927年赴美国加州理工学院学习，1930年获得哲学博士学位。1931年赵忠尧回国后任清华大学物理系教授，在我国首次开设核物理课程，并主持建立了我国第一个核物理实验室，继续开展科学研究。抗日战争爆发后，赵忠尧教授先后在云南大学、西南联大和中央大学任教，在长期的教学活动中培养了一批以后为我国原子能事业作出贡献的人才。抗战胜利后，赵忠尧教授感到非常有必要在国内建立设备较好的核物理实验室。1946年，他赴比基尼群岛参观美国的原子弹试验、之后又在美国麻省理工学院、加州理工学院等处进行核物理和宇宙线方面的研究。1950年赵忠尧冲破重重困难，毅然回到新中国，参与中国科学院近代物理研究所的创建。利用回国时带回的加速器部件和实验设备，他先后于1955年和1958年建成了我国最早的70万伏和200万伏高气压型质子静电加速器，为我国核物理、加速器和真空技术、离子源技术的研究打下了基础。以静电加速器为基础，赵忠尧教授又主持建立了核物理实验室，具体领导和参加了核反应研究，为开创我国原子核科学事业作出重要贡献。1972年他参与高能物理研究所的筹建工作，历任中国科学院近代物理研究所副所长、高能物理研究所副所长等职。赵忠尧教授为发展我国核物理和高能物理研究事业，为培养我国原子能事业核物理和高能物理和实验研究人才作出了重大贡献，是我国原子核物理、中子物理、加速器和宇宙线研究的先驱者和奠基人之一。不是比基尼岛的旁观者1946年6月30日，美国继在日本扔下了原子弹之后，又在太平洋的比基尼小岛上试爆了一颗原子弹。此时，在距爆炸中心25公里远的"潘敏娜"号驱逐舰上，英、法、苏、中四个二战胜利集团的盟友代表，应美国政府之邀正在观"战"，物理学家赵忠尧即是中国代表。赵忠尧虽只是戴着墨镜作壁上观，但心中却是百感交集。他很清楚，他十几年前在美国做的正电子湮灭实验中所观测到的正反物质的湮灭现象，为美国发展原子弹提供了坚实的科学基础。他默默注视着冉冉升起的蘑菇云，将目测出的数据牢记在自己的脑海之中，当其他国家的代表情不自禁地为核爆炸的威力惊呼时，赵忠尧却在沉思，中国什么时候才能释放出这样巨大的能量？这一天还太遥远，因为中国连一台加速器都没有。没有加速器就不可能揭开原子核的奥秘，不可能进行自己的核试验。演习完毕，其他国家的观摩代表回到美国本土游山玩水，赵忠尧却不在队列之中，不知什么时候已经"失踪"了。赵忠尧上哪儿去了呢?二战结束后，中国虽然也是战胜国，但是地位却很低微。根据《雅尔塔协议》，东三省被划为苏联的势力范围，外蒙古也被割出宣告独立……赵忠尧认为，要在这个强权世界上生存和"不挨打"，中国必须发展自己的核科学，这是一个爱国科学家责无旁贷的使命。赵忠尧此行并不只是为了隔岸观花，而是负有进一步了解核爆炸核心技术的使命。核爆炸的核心技术就是加速器，时任国民党中央研究院总干事的物理学家萨本栋在赵忠尧临行前，曾特意叮嘱他要"滞留"美国，尽可能多地了解美国在核物理方面的新进展，并设法购买核物理研究设备，萨本栋本人则留在国内筹款给他汇去。赵忠尧的"失踪"并不神秘，他是回到了自己的母校加州理工学院。他本应是第一个获诺贝尔奖的中国人"我家洗砚池边树，个个花开淡墨痕，不要人夸颜色好，只留清气满乾坤。"这是描写浙江诸暨的诗句。1902年6月27日，赵忠尧就出生在山清水秀的诸暨，1920年考入南京高等师范学校，1924年毕业后任东南大学助教。他工作踏实，肯钻研，深得物理学界前辈叶企孙的器重。1925年夏，叶企孙奉命筹建清华学堂大学本科，携赵忠尧前往，让他在新筹建的物理实验室任职。1927年，赵忠尧赴美国加州理工学院深造，师从诺贝尔奖获得者密立根教授。密立根教授很能够慧眼识才，但人非常严厉。他最初给赵忠尧布置的博士论文题目是利用光学干涉仪做实验。但赵忠尧感觉这个题目对于他来说太一般了，请求密立根给他换一个难一点的具有突破性意义的题目。虽然密立根认为这个中国学生不一般，但他并未很快答应，而是过了一些日子后才让赵忠尧改做"硬伽马射线通过物质时的吸收系数"这个题目。当他发现站在面前的这个中国年轻人好像还是不太满意时，密立根颇为不悦。赵忠尧发现自己不知天高地厚的冲劲已经惹密立根生气了，他马上抱歉地说：我接受这个题目，并且一定把它做好！无论是密立根，还是赵忠尧，他们都没有意识到，这个题目会把赵忠尧推到一个物理科学的伟大发现的门口。当时，人们认为硬伽马射线通过物质时的吸收主要是由自由电子的康普顿散射所引起的，用于计算吸收系数的克莱因-仁科（Klein-Nishim）公式当时刚刚问世。密立根让赵忠尧通过实验来验证这一公式的正确性。实验开始了，赵忠尧常常是上午上课，下午准备仪器，晚上则通宵取数据。为保证每隔半小时左右获取一次数据，赵忠尧不得不靠闹钟来不断叫醒自己。苦撑了无数个不眠之夜后，当赵忠尧将测量的结果与克莱因-仁科公式做比较时，却发现硬伽马射线只有在轻元素上的散射符合这个公式，而当硬伽马射线通过重元素--比如铅时，所测得的吸收系数比公式的结果大了约40%。这项研究做了一年多时间，1929年底，赵忠尧把论文交给了密立根。但两三个月过去了，密立根也没有发表任何意见。原因在于，这项创新性的实验结果让他感到很吃惊，也与他的预期不相符，他不太敢相信这一结果的正确性。赵忠尧有点急了，因为在科学发现的竞技场上，是只有第一没有第二的，科研成果披露的先后往往决定着一项研究的命运。这时，替密立根管理研究生工作的教授鲍文向密立根证实了实验结果的可靠性。他对密立根说："我对赵忠尧实验的全过程很了解，从仪器操作、实验设计、测量记录到计算的全过程，都进行得非常严谨，实验结果是完全可靠的。"密立根终于同意赵忠尧将论文送出发表，该论文于1930年5月发表在美国的《国家科学院院报》上。当时，当赵忠尧在加州做着实验时，英、德两国有几位物理学家也在进行着同一实验。三处同时发现了硬伽马射线在重元素上的这种反常吸收，并都认为可能是原子核的作用引起的。这项结果对赵忠尧而言，是一个崭新的开始，吸收系数的测量结束后，赵忠尧想进一步研究硬伽马射线与物质的相互作用机制，观测重元素对硬伽马射线的散射现象。鲍文听了赵忠尧的想法后说："测量吸收系数，作为你的学位论文已经够了，结果也已经有了。不过，如果你要进一步研究，当然很好。"当时虽然离毕业只有大半年时间了，但由于有了第一个实验的经验，赵忠尧还是决心一试。由于反常吸收只能在重元素上被观测到，赵忠尧决定选择铝和铅作为轻、重元素的代表，比较硬伽马射线在这两种元素上的散射强度。这个实验一直到当年九月才结束，赵忠尧准备了好久的暑期旅行因此取消。赵忠尧的这个实验结果首次发现，伴随着硬伽马射线在重元素中的反常吸收，还存在一种特殊辐射。赵忠尧不仅测得了这种特殊辐射的能量大约等于一个电子的质量，而且还测出它的角分布大致为各向同性。原来，当硬伽马射线通过重金属铅时，会产生成对的正反物质--反物质碰到正物质，两者迅速消失，并演变成光子。湮灭后产生的光子是一种没有方向性的、被"软化了"的伽马射结，能量相当于电子的静止质量。这些记录表明人类历史上第一次观察到了正反物质的湮没现象。赵忠尧把这个结果撰写成第二篇论文《硬伽马射线的散射》，于1930年10月发表在美国的《物理评论》杂志上。密立根看到学生取得如此重要的研究成果，心中好不得意。在进行博士论文答辩时，他当着其他教授的面"讥笑"起赵忠尧来："这个小伙子不知天高地厚，当初我让他做这个题目，他还嫌太简单，说要1考虑考虑1呐！"后来，密立根在他1946年出版的专著《电子、质子、光子、中子、介子和宇宙线》中还多处引述了赵忠尧论文中的结果。赵忠尧的这些研究成果是正电子发现的前导，国际物理学界对此给予了高度评价，可以说，赵忠尧是第一个观测到正反物质湮灭的人，也是物理学史上第一个发现了反物质的物理学家。这个发现足以使赵忠尧获得诺贝尔奖，当时瑞典皇家学会也曾郑重考虑过授予他诺贝尔奖。不幸的是，有一位在德国工作的物理学家对赵忠尧的成果提出了疑问，虽然后来事实证明赵忠尧的结果是完全准确的，错误的是提出疑问的科学家，但这却影响了赵忠尧的成果被进一步确认。1936年，为了表彰正电子的发现这一重要成就，瑞典皇家科学院把诺贝尔物理学奖授予了1932年在云雾室中观测到正电子径迹的安德逊，而不是1930年首先发现了正负电子湮灭的赵忠尧。安德逊也承认，当他的同学赵忠尧的实验结果出来的时候，他正在赵忠尧的隔壁办公室，当时他就意识到赵忠尧的实验结果已经表明存在着一种人们尚未知道的新物质，他的研究是受赵忠尧的启发才做的。前诺贝尔物理学奖委员会主任爱克斯朋在1997年撰写的一篇文章中坦诚地写道："书中有一处令人不安的遗漏，在谈到有关在重靶上高能（2.65兆伏）伽马射线的反常吸收和辐射这个研究成果时，书中没有提到中国的物理学家赵忠尧，尽管他是最早发现硬伽马射线反常吸收者之一，赵忠尧在世界物理学家心中是实实在在的诺贝尔奖得主！"1931年，赵忠尧学成回国后到清华大学担任物理系教授。是时，叶企孙从理学院调任清华大学校务委员会主任，吴有训接任理学院院长，赵忠尧曾经一度接任物理系主任。当时清华大学物理系还有萨本栋、周培源等多位教授。这个时期，为办好物理系，大家在极为简陋的条件下，齐心协力地进行教学和科研。赵忠尧开设了我国首个核物理课程，主持建立了我国第一个核物理实验室。当时中国的核物理研究还是一片空白，但他却在极为简陋的条件下进行了一系列研究工作。他和物理系的同事一起，用盖革计数器进行伽马射线、人工放射性和中子物理的研究，研究结果有的发表在《中国物理学报》上，也有一些发表在英国的《自然》杂志上--如《硬伽马射线与原子核的相互作用》，以及《Ag、Rh、Br核的中子共振能级的间距》等。著名物理学家Ｅ．卢瑟福在前一篇论文前加了按语，说这一实验结果提供了正－负电子对产生的又一证据，并对赵忠尧回国后能自己动手创造条件，继续进行科学研究大加赞赏。1937年，抗日战争爆发，赵忠尧先后到云南大学、西南联大和中央大学任教，在那种难以想像的艰苦条件下，他除了教学工作之外，还和张文裕用盖革-密勒计数器做了一些宇宙线方面的研究工作，由于在当时的条件下不可能完成这些实验，他便将实验方案写成文章在国外发表……赵忠尧与他的老师叶企孙一起，培养了一批后来为我国的原子能事业做出重要贡献的人才：王淦昌、彭桓武、钱三强、邓稼先、朱光亚、周光召、程开甲、唐孝威……诺贝尔物理奖得主杨振宁和李政道也都曾经受业于赵忠尧。这里要补充交待几句赵忠尧与叶企孙的关系。可以说，没有叶企孙，就没有赵忠尧。赵忠尧是叶企孙的得意弟子。他1920年入南京高等师范学校数理化部就读时，南京高师正要扩建为东南大学。1924年春，赵忠尧提前半年修完了高师的学分，因父亲去世，家境困难，他决定先就业，同时争取进修的机会。当时东南大学物理系正好缺少助教，学校根据赵忠尧的成绩，同意他担任叶企孙的助教。就这样，赵忠尧一面教书，一面和在校生一起听课、考试，第二年便补足了高师与大学本科的学分差额，取得了东南大学的毕业资格。1925年夏，叶企孙受邀去清华，邀赵忠尧和另一助教施汝为一同前往。叶企孙为人严肃庄重，教书极为认真，对赵忠尧的教学和科研都有很深的影响。在清华，赵忠尧第一年仍担任叶企孙的助教。第二年起任课程教员，负责实验课，与其他教师一起为清华的物理实验室制备仪器。当时国内大学的理科水平与西方相比有不少差距，赵忠尧和学生们一起学习德文、法文，将眼光紧紧盯着西方发达国家同类研究的进程。赵忠尧感到，要为祖国的科学事业做出贡献，就必须到西方去掌握第一手的物理学专业知识。当时，清华的教师每六年有一次公费出国进修一年的机会，但赵忠尧不想等这么久，他靠自筹经费于1927年去美国留学，除了工资结余及师友的帮助外，赵忠尧还申请到了清华大学的国外生活半费补助金--每月40美元。出国前，为了恪尽孝心，赵忠尧完成了婚姻大事，与郑毓英女士成婚，然后把新婚妻子送回到诸暨老家，陪伴照顾他七十多岁的老母亲。回到加州大学，心中想的是发展自己民族的核事业赵忠尧此次趁旁观原子弹爆炸的机会回到了母校，他利用一切条件，对加速器的操作台和零部件进行了深入研究，迅速掌握了加速器的设计和制造细节。回旋加速器的发明者，他的老师、诺贝尔物理学奖得主密立根显然知道赵忠尧目的何在，他十分赞赏赵忠尧的才智，也敬佩赵忠尧的爱国心。更何况，美国的核事业是在赵忠尧的研究成果的基础上发展起来的。为了便于赵忠尧熟悉情况，在实验室多工作一段时间，密立根聘他为自己的工作助手，特意安排他多接触实验设备和相关核心图纸。这时，萨本栋秘密汇来了5万美元，作为赵忠尧购买实验设备的费用。钱汇来了，赵忠尧却感觉有点犯难，买一台加速器起码要40万美元，这点钱根本就不够。何况，即便买到了，也拿不到出口许可证，无法运回中国，美国政府严禁此类尖端技术出口。惟一的办法是将技术参数默背下来，烂熟于心，然后回国自己制造，而一些国内一时无法制造的精密部件，则在美国秘密定制，然后再想方设法托运回去。赵忠尧成了实验室里最勤奋的人，在完成科研项目的同时，他拼命掌握着有关加速器制造的技术资料和零件参数。每天，他的工作时间都在16小时以上。之后，赵忠尧又在美国麻省理工学院、卡内基地磁研究所等处进行了核物理和宇宙线方面的研究。在麻省理工学院电机系静电加速器实验室学习静电加速器发电部分和加速管的制造时，该实验室的主任屈润普非常支持赵忠尧的工作。他让赵忠尧利用他们的资料，还给他介绍了另一位专家；又将实验室里准备拆去的一台旧的大气型静电加速器给赵忠尧做试验用。在麻省理工学院呆了半年之后，为了进一步学习离子源的技术，赵忠尧又去华盛顿的卡内基地磁研究所访问了半年。那里有两台质子静电加速器和一台回旋加速器在工作，学习的环境也很好。当时，毕德显正准备回国，赵忠尧挽留他多呆半年，一起继续静电加速器的设计，并采购一些零星器材。毕德显为人忠厚，工作踏实，又有电子技术方面的实践经验，对加速器的设计工作起了很大作用。半年之后，为了寻觅定制加速器部件的厂家，赵忠尧又重返麻省理工学院。加速器上的机械设备型号都很特殊，每种用量又不大，加工精度要求又高，很多工厂都不愿做这种吃力不讨好的小交易。赵忠尧为此奔走多日，有时一天要跑十几处地方，最后终于联系到一家开价较为合理的飞机零件制造厂。这样，加速器的运转部分、绝缘柱，以及电极的制造总算有了着落。与此同时，他还替中央大学定制了一个多板云雾室，并且买好了与此配套的照相设备，以及一些核物理实验所需的器材。这些都是用手头那点钱购置的。不久后，美国原子能委员会下令，"一切外籍人士必须离开核物理实验室"。赵忠尧只好到纽约等地的科研机构做"临时工"。为了进一步掌握相关技术，赵忠尧主要在美国的几个加速器及宇宙线实验室做义务工作，他的义务劳动也换得了一批器材，节约了购置设备的开支。赵忠尧制造和购买器材的工作前后花了整整两年时间。这期间，他每年的生活费只有2000美元，而当时的"公派"人员却是1万美元。赵忠尧只能尽可能地节衣缩食，一日三餐多是开水、面包加咸菜。节省下来的每一分钱，他都用来购置了设备。1948年，身在美国的赵忠尧当选为中央研究院院士。1948年底，赵忠尧完成了静电加速器的器材订购任务，欲回国研制。是时，南京国民党政府被中国人民解放军打得落花流水、四面楚歌，一个旧政权眼看就要土崩瓦解，赵忠尧决定待尘埃落定，共产党领导的新中国成立后再回国，回国后直接参加和平建设。冲破阻挠，矢志不移回到新中国1949年10月1日，新中国宣告成立。赵忠尧兴奋异常，欢呼雀跃。在美国的华裔科学家，许多人都在暗地里摩拳擦掌，相约回去为新中国效力。但形势却发生了变化，中美已不通航，大陆学者借道香港回国也受到重重阻挠。历经5个多月的磨难，赵忠尧才得到香港的过境许可证，踏上了返回祖国的航程。然而，他并不知道，台湾当局和美国把他作为争夺目标，已经紧紧盯上了他，千方百计阻止他回到祖国大陆去。1949年底，赵忠尧开始做回国的准备工作。对赵忠尧来说，最重要的自然是那批花了几年心血定制的加速器部件与核物理实验器材。赵忠尧1948年准备回国时联系的是一个国民党官僚资本经营的轮船公司，货也已经存到了那家公司联系的仓库里。为了将器材运回新中国，而不是运到台湾去，必须设法将这批器材转到别的运输公司。赵忠尧利用1949-1950年初中美之间短暂的通航时期，设法将货取了出来，重新联系了一个轮船公司，办理了托运回新中国的手续。没想到，赵忠尧的这一举动立即被联邦调查局盯上了，他们不仅到运输公司开箱检查，还到加州理工学院去调查赵忠尧的一举一动。虽然加州理工学院回答调查的杜曼教授告诉他们这些器材与原子武器毫无关系，但联邦调查局仍然扣去了赵忠尧的部分器材。特别是扣下的四套完整的供核物理实验用的电子学线路，使赵忠尧备感痛心和悲愤。不仅因为这些线路正是国内急需的，更重要的是这些线路是麻省理工学院宇宙线实验室主任罗西专门派人为赵忠尧制造的。1950年8月29日，赵忠尧和钱学森夫妇等一起，登上了美国的"威尔逊总统号"。正要启航时，美国联邦调查局的特工突然上船搜查。钱学森800多公斤重的书籍和笔记本被扣留，钱学森本人被指为"毛的间谍"，被押送到特米那岛上关了起来。赵忠尧的几十箱东西也再次遭到野蛮翻查，但对方没有发现什么，因为早在一个月前，他就已经将重要资料和器材托人带回了祖国，而把其余的零部件拆散了任意摆放，成功地迷惑了美国的搜查官员，赵忠尧被放行了。同船的还有邓稼先、涂光炽、罗时钧、沈善炯、鲍立奎等100多位留美学者。然而，美国情报局还是回过了神儿，这位差一点获得诺贝尔物理学奖的中国学者可能掌握着核心机密！美军最高司令部连发三道拦截赵忠尧的命令，当轮船途经日本横滨时，美军武装人员气势汹汹地冲上船，将赵忠尧押进了美军在日本的巢鸭军事监狱。与赵忠尧一起被关押的还有罗时钧和沈善炯。赵忠尧向美方提出了强烈抗议，但得到的回答却是："我们只是执行华盛顿的决定，没有权力处理你们的事。"台湾驻日代表团派了3个人，软硬兼施，要把赵忠尧等人带到台湾去，有一次甚至让他们三个人面对一堵墙站好，美国宪兵在他们背后拉枪栓进行威胁，告诉他们如不承认"罪行"，坚持不到台湾去"洗心革面"，就枪毙他们。但赵忠尧他们宁死不屈，坚决不同意到台湾去。硬的不行，再来软的，台湾大学校长傅斯年发来急电："望兄来台共事，以防不测。"赵忠尧却回电说："我回大陆之意已决！"如此纠缠了两个月之久。美国政府为了扣留赵忠尧，不惜编造出各种谣言，说他窃取美国原子弹的机密，说他和钱学森是同案嫌犯等等。他们仔细检查了赵忠尧的每一件行李、每一张纸上的每一个字，甚至想从他儿子赵维志写给父亲的信中寻找到他们希望得到的"罪证"。但那是一封充满了亲情的信，没有他们想要的东西。赵忠尧被以"莫须有"的罪名关进美军监狱的消息披露后，在国际上引起了轩然大波，世界舆论高度关注，美国科学界也对此表示强烈抗议，中国掀起了谴责美国政府暴行、营救赵忠尧的巨大浪潮，中华人民共和国总理兼外交部长周恩来为此发表了声明，钱三强也联合一批著名科学家发起了声援赵忠尧的活动。钱三强还请他的老师、世界保卫和平委员会主席约里奥·居里出面，呼吁全世界爱好和平的正义人士谴责美国政府的无理行径。在国内外的强大压力之下，美国政府在没有证据可抓的情况下，只得将赵忠尧放行。1950年11月底，赵忠尧终于途经香港，回到了解放后的新中国。赤子情深融汇进新中国壮丽的核事业之中1950年，中国科学院近代物理研究所（后改名为原子能研究所）成立，钱三强出任所长，王淦昌、彭桓武为副所长。一大批有造诣、有理想、有实干精神的原子能科学家，从美、英、法、德等国回国，来到原子能所。1950年11月28日，冲破阻挠的赵忠尧终于回到阔别多年的祖国，他将带回来的器材和零部件全部交给了中科院物理研究所。就在这时，被美国海军次长认为"抵得上五个师"的钱学森也终于辗转回到了祖国。