趙忠堯：中國核物理事業(yè)的先驅(qū)者和奠基人

□ 吳躍農(nóng)

24 年前，一位96 歲的老人平靜離世，他叫趙忠堯。他是我國核物理事業(yè)的先驅(qū)者和奠基人，也是世界上第一個發(fā)現(xiàn)反物質(zhì)的物理學(xué)家。如果不是諾貝爾獎評委會的失誤，他本應(yīng)是中國第一個獲得諾貝爾獎的科學(xué)家。

與諾貝爾獎失之交臂

1902 年6 月，趙忠堯出生在山清水秀的浙江諸暨，1920 年考入南京高等師范學(xué)校，1924 年畢業(yè)后任東南大學(xué)助教。他工作踏實，肯鉆研，深得物理學(xué)界前輩葉企孫的器重。1927 年，趙忠堯赴美國加州理工學(xué)院研究生部攻讀博士學(xué)位，師從諾貝爾獎獲得者密立根教授。

密立根教授最初給趙忠堯布置的博士論文題目是利用光學(xué)干涉儀做實驗。但趙忠堯想學(xué)到更多的科學(xué)方法和技術(shù)，以便回國后能派上用場，于是向?qū)熖岢鰮Q一個難度大一些的題目。密立根雖然認為這個中國學(xué)生不一般，但他并未很快答應(yīng)，而是過了一些日子后才讓趙忠堯改做“硬伽馬射線通過物質(zhì)時的吸收系數(shù)”這個題目。師生二人誰都沒有料到，這個題目會把趙忠堯推到一個偉大發(fā)現(xiàn)的門口。

當時，人們認為硬伽馬射線通過物質(zhì)時的吸收主要是由自由電子的康普頓散射所引起的，用于計算吸收系數(shù)的克萊因-仁科公式當時剛剛問世。密立根讓趙忠堯通過實驗來驗證這一公式的正確性。趙忠堯通過實驗卻發(fā)現(xiàn)硬伽馬射線只有在輕元素上的散射符合這個公式，而通過重元素時所測得的吸收系數(shù)比公式的結(jié)果大了約40%。

1930 年5 月，趙忠堯?qū)⑦@一發(fā)現(xiàn)發(fā)表在美國的《國家科學(xué)院院報》上。當時，英、德兩國的幾位物理學(xué)家也在進行著同一實驗。他們幾乎同時發(fā)現(xiàn)了硬伽馬射線在重元素上的這種反常吸收。

這項結(jié)果對趙忠堯而言，是一個嶄新的開始。吸收系數(shù)的測量結(jié)束后，趙忠堯進一步研究硬伽馬射線與物質(zhì)的相互作用機制，觀測重元素對硬伽馬射線的散射現(xiàn)象。通過實驗，他發(fā)現(xiàn)伴隨著硬伽馬射線在重元素中的反常吸收，還存在一種特殊輻射。他不僅測得了這種特殊輻射的能量大約等于一個電子的質(zhì)量，還測出它的角分布大致為各向同性。原來，當硬伽馬射線通過重金屬時，會產(chǎn)生成對的正反物質(zhì)，反物質(zhì)碰到正物質(zhì)，兩者迅速消失并演變成光子。這些記錄表明人類歷史上第一次觀察到了正反物質(zhì)的湮滅現(xiàn)象。趙忠堯把這個結(jié)果撰寫成第二篇論文《硬伽馬射線的散射》，于1930 年10 月發(fā)表在美國的《物理評論》雜志上。

趙忠堯的這些研究成果是正電子發(fā)現(xiàn)的前導(dǎo)，國際物理學(xué)界對此給予了高度評價，可以說，趙忠堯是第一個觀測到正反物質(zhì)湮滅的人，也是物理學(xué)史上第一個發(fā)現(xiàn)了反物質(zhì)的物理學(xué)家。這個發(fā)現(xiàn)足以使趙忠堯獲得諾貝爾獎，當時瑞典皇家學(xué)會也曾鄭重考慮過授予他諾貝爾獎。不幸的是，一位在德國工作的物理學(xué)家對趙忠堯的成果提出了疑問，為謹慎起見，評委會沒有授予他諾貝爾獎。雖然后來事實證明趙忠堯的結(jié)果是完全準確的，這卻影響了趙忠堯的成果被進一步確認。

1936 年，為表彰正電子的發(fā)現(xiàn)這一重要成就，瑞典皇家科學(xué)院把諾貝爾物理學(xué)獎授予了1932 年在云霧室中觀測到正電子徑跡的安德遜。對此，安德遜承認，他的研究是受趙忠堯的啟發(fā)才做的。后來，曾任諾貝爾物理學(xué)獎評委主任的瑞典皇家學(xué)會愛克斯朋教授，在解密諾貝爾獎評選過程時就此事評論道，這是一個“很令人不安的、沒法再彌補的疏漏”“趙忠堯在世界物理學(xué)家心中是實實在在的諾貝爾獎得主”！

奮戰(zhàn)在黎明前夜

1931 年，趙忠堯?qū)W成回國后到清華大學(xué)擔任物理系教授，并一度接任物理系主任。他開設(shè)了我國首個核物理課程，主持建立了我國第一個核物理實驗室。當時，中國的核物理研究還是一片空白，趙忠堯卻在極為簡陋的條件下進行了一系列研究工作。他和物理系的同事一起，用蓋革計數(shù)器進行伽馬射線、人工放射性和中子物理等一系列前沿的、開創(chuàng)性的研究工作。1937 年，抗日戰(zhàn)爭全面爆發(fā)后，趙忠堯先后到云南大學(xué)、西南聯(lián)大和中央大學(xué)任教，培養(yǎng)了一批后來為我國原子能事業(yè)做出重要貢獻的人才：楊振寧、李政道、王淦昌、彭桓武、錢三強、鄧稼先、朱光亞、周光召、程開甲、唐孝威……

1946 年夏，美國繼在日本投下原子彈之后，又在太平洋的比基尼島進行原子彈試驗，并邀請反法西斯戰(zhàn)爭中的盟國中、蘇、英、法派出觀察員前去參觀。趙忠堯作為科學(xué)家代表，被國民黨中央研究院總干事薩本棟推薦前往。抵美后，趙忠堯登上“潘敏娜”號驅(qū)逐艦，在離比基尼島20多公里的海面上觀看了原子彈的爆炸過程。當其他國家的代表情不自禁地為核爆炸的威力驚呼時，趙忠堯卻在沉思，中國什么時候才能釋放出這樣巨大的能量？

參觀原子彈試爆結(jié)束后，趙忠堯并沒有急于回國。他此次赴美前，受薩本棟的委托，盡可能多地了解美國在核物理方面的新進展，并設(shè)法購買核物理研究設(shè)備。為此，趙忠堯輾轉(zhuǎn)于麻省理工學(xué)院、華盛頓卡內(nèi)基地磁研究所等幾個加速器、宇宙線實驗室之間兩年有余，一邊采購器材，一邊學(xué)習(xí)新技術(shù)。他曾訪問回旋加速器的發(fā)明者勞倫斯，也曾拜訪過靜電加速器的發(fā)明人范德格拉夫。他還為幾個實驗室義務(wù)工作，以換取學(xué)習(xí)與咨詢的機會。后來，美國原子能委員會下令清除其所管轄下的核物理實驗室的外籍科學(xué)家，這給趙忠堯的工作帶來了一系列的麻煩。到1948 年冬，他終于完成了購買核物理實驗設(shè)備的任務(wù)。是時，趙忠堯得知此時國內(nèi)戰(zhàn)局急劇變化，人民解放軍節(jié)節(jié)勝利，國民黨政權(quán)眼看著就要土崩瓦解。他決定待共產(chǎn)黨領(lǐng)導(dǎo)的新中國成立后再回國，直接參加和平建設(shè)。

沖破阻撓回到祖國

1949 年10 月1 日，中華人民共和國宣告成立。趙忠堯興奮異常。當時，在美國的華裔科學(xué)家，許多人都在暗地里摩拳擦掌，相約回去為新中國效力。趙忠堯開始做回國的準備工作。當然，最重要的是要將他花了幾年心血才得以采購的加速器部件與核物理實驗器材安全運回國。他費盡周折，最終將這批器材裝了大小30 多箱，用船托運回國。

1950 年春，就在趙忠堯準備返回祖國之際，中美之間的通航卻中止了。過了幾個月，他才拿到取道香港所必需的過境簽證，于八月底登上了開往中國的海輪。正要起航時，美國聯(lián)邦調(diào)查局的特工突然上船搜查。趙忠堯的幾十箱東西遭到野蠻翻查，但對方?jīng)]有發(fā)現(xiàn)什么，他被放行了。當時，同船的還有鄧稼先、涂光熾、羅時鈞、沈善炯、鮑立奎等100 多位留美學(xué)者。

然而，美國情報局還是回過了神兒，這位差一點獲得諾貝爾物理學(xué)獎的中國學(xué)者可能掌握著核心機密！當輪船途經(jīng)日本橫濱時，美軍武裝人員氣勢洶洶地沖上船，將趙忠堯押進了美軍在日本的巢鴨軍事監(jiān)獄。趙忠堯被以“莫須有”的罪名關(guān)進美軍監(jiān)獄的消息披露后，在國際上引起了軒然大波。周恩來總理為此發(fā)表了嚴正聲明，強烈抗議美國所為。吳有訓(xùn)等189 名科學(xué)家也聯(lián)合發(fā)出致美國政府的抗議書，世界科學(xué)組織也對美國的丑行“深表遺憾”。

迫于新中國和國際輿論的壓力，美國當局不得不將關(guān)押了47 天之久的趙忠堯放出，移交臺灣駐日代表機關(guān)監(jiān)視。這期間，臺灣當局曾派出代表對他威脅利誘，說只要他愿意回美國或去臺灣，一切都好商量?？哨w忠堯回國決心已定，絲毫沒有理會這些糾纏。11 月底，經(jīng)過了兩個多月磨難的趙忠堯在祖國人民和國際科學(xué)界同行的聲援下，終于踏上了祖國大陸的土地。

融進祖國壯麗的核事業(yè)之中

趙忠堯?qū)Щ貋淼钠鞑暮筒考拷唤o了中科院物理研究所。他用帶回的器材和部件，主持建成了我國第一臺70 萬電子伏的質(zhì)子靜電加速器，1958 年又主持研制成功250 萬電子伏的質(zhì)子靜電加速器。這兩項研究的成功，對我國的核事業(yè)的發(fā)展具有舉足輕重的作用。

20 世紀70 年代，面對嚴峻的國際形勢，黨中央決定狠抓高科技，加強國防建設(shè)。1973 年，高能物理研究所成立，趙忠堯擔任副所長并主管實驗物理部的工作。幾代人為之奮斗的目標——在中國建造高能加速器，終于被提上了議事日程。盡管趙忠堯年事已高，但他仍積極參加了高能實驗基地的建設(shè)以及有關(guān)的學(xué)術(shù)會議，并帶出了一批青年才俊。

為表彰他對我國核物理研究的開拓性貢獻，1995 年，何梁何利基金會向趙忠堯頒發(fā)了“何梁何利基金科學(xué)與技術(shù)進步獎”。獲獎后，趙忠堯把獎金全部捐贈出來，設(shè)立“趙忠堯獎基金”，以獎勵清華大學(xué)、中國科技大學(xué)、東南大學(xué)、北京大學(xué)和云南大學(xué)物理系的優(yōu)秀學(xué)生，激勵他們?yōu)樽鎳姆睒s富強勤奮學(xué)習(xí)。

1998 年5 月28 日，趙忠堯以96 歲高齡辭別人世。在晚年回憶自己的一生時，趙忠堯曾說：“我對自己走過的道路重新進行了回顧與思考，唯一可以自慰的是，60 多年來，我一直在為祖國兢兢業(yè)業(yè)地工作，說老實話，做老實事，沒有謀取私利，沒有虛度光陰。”