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王淦昌与中微子的早期研究

2013-03-01

至此,泡利在1931年由中微子假说导出的β谱应有明晰上限的预言被实验完全证实。王淦昌、埃利斯、莫特和亨德森都做出了各自的贡献。而王淦昌的工作,有两点特别突出。其一,王淦昌的实验选取的是国际上关注的更适宜的元素RaE,它在β衰变时不夹杂γ射线;其二,他实验结果发表的时间比埃利斯和莫特早一年半,比享德森早两年多。应该承认,是王淦昌最早用实验证实了泡利的预言。但遗憾的是,王淦昌的这一科学贡献,却长期被忽视了。美国西南大学物理和天文学教授布朗(L.M.Brown)直到1978年12月在《今日物理》(Pyhsics Today)上撰文,却仍把这一重要科学成就仅仅归功于埃利斯和莫特[(3)]。而英国著名科学哲学家拉卡托斯(Imre Lakatos)在他的名著《科学研究纲领方法论》中也有着类似的失误。他写到:“但按照我们的标准,(一个新的理论--笔者注)成功地预测某个新颖的事实是必需的。泡利理论也提供了这样的新颖事实,因为泡利理论有一个有趣的可观察的推断:假如没错,β光谱必定有一个清楚的上限。这一问题当时没有定论,但埃利斯和莫特对它发生了兴趣,很快埃利斯的学生亨德森证明实验支持泡利的纲领。”[(7)]

这些错误观点长期以来在科学界广泛流行,以至连对王淦昌十分崇敬的李炳安、杨振宁在《王淦昌先生与中微子》一文中也认为:亨德森于1934年发现ThC和ThC"β谱的上限确实如泡利所预言的那样是尖锐中断的。”[(8)]

我们不想对一些物理学家、科学史家的明显失误说三道四,也不想贬低埃利斯、莫特和亨德森各自的独特贡献,但却应该还历史以本来面目!

事实上,王淦昌不仅对RaE的β谱进行了研究,而且对钍的β谱也进行了深入地实验研究。1933年7月,迈特纳和王淦昌联名在德国《科学》期刊发表论文《γ射线的内光电效应》,介绍他们用一个小的盖革-弥勒计数器对在磁场中的ThB+C+C"发出若干β射线进行测量的初步结果[(9)]。1933年12月9日,王淦昌将自己的博士论文《关于ThB+C+C"的β谱》寄往德国《物理学期刊》,并发表在该刊第87卷。王淦昌在这篇论文中分析了埃利斯等人所用实验方法的利弊,吸收了他们测量射线强度的基本思想,采用盖革-弥勒计数器在磁场中计数,应用他自己的方法测量了ThB+C+C"的β谱。他所得结果在强度方面比埃利斯的要精确得多。王淦昌的这一实验结果,对建立β衰变理论有重要意义。据施士元教授回忆,费米(E.Fermi)1934年建立β衰变理论时参考了当时有关β谱强度的若干测量数据,王淦昌的工作可能对费米的工作有一定的参考价值。[(10)]

三、历史性的创见--王淦昌关于用K电子俘获探测中微子的建议

虽然中微子假说在费米的β衰变理论中占据重要地位,虽然有如β谱上限等实验的间接支持,但是从1930年提出中微子概念后很长时间,中微子还从未在实验中被直接观测到。因此不仅中微子疑难依然存在,而且还有重大反复。

1936年香克兰(R.Shankland)在作光子散射的一次新设计实验时发现,实验结果似乎支持已被抛弃的玻尔-克喇末-斯莱特理论。香克兰的《光子散射理论的明显失败》[(11)]发表后立即受到厌恶新粒子的物理学家们的热烈欢呼。狄拉克也很快发表《能量守恒在原子过程中成立吗?》,以尖锐的措词反对费米和泡利的中微子理论:“中微子这个观察不到的新粒子是某些研究者们专门造出来的,他们试图通过假定有这种应付平衡的不可观察的粒子,从形式上保住能量守恒定律。”[(12)]