1995年诺贝尔物理学奖——中微子和重轻子的发现
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粒子的进一步研究和发现1、轻子的发现我们讲述了4种粒子:电子、正电子、中微子和反中微子,他们都是轻子。
它们所带的电荷分别为-1、+l、0和0;其质量分别为l、l、0和0。
它们的自旋为+l/2或-l/2。
由于它们的自旋均为半整数,因此它们都是费米子。
而光子和引力子的质量为0,所带电荷也为0,但它们的自旋分别为1和2;由于它们的自旋为整数,因此它们都是玻色子。
1935年日本物理学家汤川秀树(H.Yukawa)提出介子理论,用于解释强相互作用。
他认为,核子之间是通过交换一种可称为介子(meson)的粒子发生相互作用。
根据核力的作用范围,可以估算出介子的静止质量约为电子的二百多倍。
1936年,安德森仍在山中研究宇宙线,他注意到了一些以奇怪的方式弯曲的粒子轨迹。
这种轨迹的弯曲程度比电子小,可见它的质量比电子大。
但它的弯曲程度又比质子大,这表示它的质量比质子轻。
此外,还有一组完全相像但方向相反的弯曲轨迹,这表示有些为粒子,有些为反粒子。
结论是存在一组质量界于那些已知轻子和已知重子之间的中间质量的粒子和反粒子。
测量结果表明,这种新粒子的质量为电子的207倍,约为质子或中子的l/9。
安德森开始把这种新粒子称做介子(mesotron),现在我们都把安德森发现的粒子称作μ子(muon)。
当时人们以为这就是汤川理论所预言的介子。
但是后来又经过多年的研究,证明μ介子与原子核的相互作用很弱,不可能是汤川所预计的介子。
直到1947年,英国物理学家鲍威尔(C.F.Powell)用核乳胶技术探测宇宙射线,发现另外还有一种粒子,质量为电子静止质量的273倍,被称为π介子。
π介子才真正是汤川(Y ukawa Hideki,1907~1981)理论所预言的粒子。
μ子是第一个在作为原子结构的组成部分、遵守守恒定律或促使亚原子相互作用等方面均无明显作用的粒子。
它所带电荷为-1,与电子完全一样,而反μ子所带电荷为+l,与正电子完全一样。
事实上,μ子除了其质量和另一个特性外,其他所有方面均与电子完全相同,同样,反μ子与正电子之间的关系也类似,像所带电荷、自旋和磁场等方面都是这样。
历年诺贝尔物理学奖1901-19101901年诺贝尔物理学奖—— X射线的发现1902年诺贝尔物理学奖——塞曼效应的发现和研究1903年诺贝尔物理学奖——放射形的发现和研究1904年诺贝尔物理学奖——氩的发现1905年诺贝尔物理学奖——阴极射线的研究1906年诺贝尔物理学奖——气体导电1907年诺贝尔物理学奖——光学精密计量和光谱学研究1908年诺贝尔物理学奖——照片彩色重现1909年诺贝尔物理学奖——无线电报1910年诺贝尔物理学奖——气夜状态方程1911-19201911年诺贝尔物理学奖——热辐射定律的发现1912年诺贝尔物理学奖——航标灯自动调节器1913年诺贝尔物理学奖——低温物质的特性1914年诺贝尔物理学奖——晶体的X射线衍射1915年诺贝尔物理学奖—— X射线晶体结构分析1916年诺贝尔物理学奖——未授奖1917年诺贝尔物理学奖——元素的标识X辐射1918年诺贝尔物理学奖——能量级的发现1919年诺贝尔物理学奖——斯塔克效应的发现1920年诺贝尔物理学奖——合金的反常特性1921-19301921年诺贝尔物理学奖——对理论物理学的贡献1922年诺贝尔物理学奖——原子结构和原子光谱1923年诺贝尔物理学奖——基本电荷和光电效应实验1924年诺贝尔物理学奖—— X射线光谱学1925年诺贝尔物理学奖——弗兰克-赫兹实验1926年诺贝尔物理学奖——物质结构的不连续性1927年诺贝尔物理学奖——康普顿效应和威尔逊云室1928年诺贝尔物理学奖——热电子发射定律1929年诺贝尔物理学奖——电子的波动性1930年诺贝尔物理学奖——拉曼效应1931-19401931年诺贝尔物理学奖——未授奖1932年诺贝尔物理学奖——量子力学的创立1933年诺贝尔物理学奖——原子理论的新形式1934年诺贝尔物理学奖——未授奖1935年诺贝尔物理学奖——中子的发现1936年诺贝尔物理学奖——宇宙辐射和正电子的发现1937年诺贝尔物理学奖——电子衍射1938年诺贝尔物理学奖——中子辐照产生新放射性元素1939年诺贝尔物理学奖——回旋加速器的发明1940年诺贝尔物理学奖——未授奖1941-19501941年诺贝尔物理学奖——未授奖1942年诺贝尔物理学奖——未授奖1943年诺贝尔物理学奖——分子束方法和质子磁矩1944年诺贝尔物理学奖——原子核的磁特性1945年诺贝尔物理学奖——泡利不相容原理1946年诺贝尔物理学奖——高压物理学1947年诺贝尔物理学奖——电离层的研究v1948年诺贝尔物理学奖——云室方法的改进1949年诺贝尔物理学奖——预言介子的存在1950年诺贝尔物理学奖——核乳胶的发明1951-19601951年诺贝尔物理学奖——人工加速带电粒1952年诺贝尔物理学奖——核磁共振1953年诺贝尔物理学奖——相称显微法1954年诺贝尔物理学奖——波函数的统计解释和用符合法作出的发现1955年诺贝尔物理学奖——兰姆位移与电子磁矩1956年诺贝尔物理学奖——晶体管的发明1957年诺贝尔物理学奖——宇称守恒定律的破坏1958年诺贝尔物理学奖——切连科夫效应的发现和解释1959年诺贝尔物理学奖——反质子的发现1960年诺贝尔物理学奖——泡室的发明1961-19701961年诺贝尔物理学奖——核子结构和穆斯堡尔效应1962年诺贝尔物理学奖——凝聚态理论1963年诺贝尔物理学奖——原子核理论和对称性原理1964年诺贝尔物理学奖——微波激射器和激光器的发明1965年诺贝尔物理学奖——量子电动力学的发展1966年诺贝尔物理学奖——光磁共振方法1967年诺贝尔物理学奖——恒星能量的生成1968年诺贝尔物理学奖——共振态的发现1969年诺贝尔物理学奖——基本粒子及其相互作用的分类1970年诺贝尔物理学奖——磁流体动力学和新的磁性理论1971-19801971年诺贝尔物理学奖——全息术的发明1972年诺贝尔物理学奖——超导电性理论1973年诺贝尔物理学奖——隧道现象和约瑟夫森效应的发现1974年诺贝尔物理学奖——射电天文学的先驱性工作1975年诺贝尔物理学奖——原子核理论1976年诺贝尔物理学奖—— J/?粒子的发展1977年诺贝尔物理学奖——电子结构理论1978年诺贝尔物理学奖——低温研究和宇宙背景辐射1979年诺贝尔物理学奖——弱电统一理论1980年诺贝尔物理学奖—— C_P破坏的发现1981-19901981年诺贝尔物理学奖——激光光谱学与电子能谱学1982年诺贝尔物理学奖——相变理论1983年诺贝尔物理学奖——天体物理学的成就1984年诺贝尔物理学奖—— W±和Z?粒子的发现1985年诺贝尔物理学奖——量子霍尔效应1986年诺贝尔物理学奖——电子显微镜与扫描隧道显微镜1987年诺贝尔物理学奖——高温超导电性1988年诺贝尔物理学奖——中微子的研究1989年诺贝尔物理学奖——原子钟和离子捕集技术1990年诺贝尔物理学奖——核子的深度非弹性散射1991-20011991年诺贝尔物理学奖——液晶和聚合物1992年诺贝尔物理学奖——多斯正比室的发明1993年诺贝尔物理学奖——新型脉冲星1994年诺贝尔物理学奖——中子谱学和中子衍射技术1995年诺贝尔物理学奖——中微子和重轻子的发现1996年诺贝尔物理学奖——发现氦-3中的超流动性1997年诺贝尔物理学奖——激光冷却和陷俘原子1998年诺贝尔物理学奖——分数量子霍耳效应的发现1999年诺贝尔物理学奖——亚原子粒子之间电弱相互作用的量子结构2000年诺贝尔物理学奖——半导体研究的突破性进展2001年诺贝尔物理学奖——玻色爱因斯坦冷凝态的研究。
历届诺贝尔物理学奖1901年威尔姆·康拉德·伦琴(德国人)发现X 射线1902年亨德瑞克·安图恩·洛伦兹、P. 塞曼(荷兰人)研究磁场对辐射的影响1903年安东尼·亨利·贝克勒尔(法国人)发现物质的放射性皮埃尔·居里(法国人)、玛丽·居里(波兰人)从事放射性研究1904年J.W.瑞利(英国人)从事气体密度的研究并发现氩元素1905年P.E.A.雷纳尔德(德国人)从事阴极线的研究1906年约瑟夫·约翰·汤姆生(英国人)对气体放电理论和实验研究作出重要贡献1907年 A.A.迈克尔逊(美国人)发明了光学干涉仪并且借助这些仪器进行光谱学和度量学的研究1908年加布里埃尔·李普曼(法国人)发明了彩色照相干涉法(即李普曼干涉定律)1909年伽利尔摩·马可尼(意大利人)、K . F. 布劳恩(德国人)开发了无线电通信O.W.理查森(英国人)从事热离子现象的研究,特别是发现理查森定律1910年翰尼斯·迪德里克·范德华(荷兰人)从事气态和液态议程式方面的研究1911年W.维恩(德国人)发现热辐射定律1912年N.G.达伦(瑞典人)发明了可以和燃点航标、浮标气体蓄电池联合使用的自动节装置1913年H·卡末林—昂内斯(荷兰人)从事液体氦的超导研究1914年马克斯·凡·劳厄(德国人)发现晶体中的X射线衍射现象1915年威廉·亨利·布拉格、威廉·劳伦斯·布拉格(英国人)借助X射线,对晶体结构进行分析1916年未颁奖1917年 C.G.巴克拉(英国人)发现元素的次级X 辐射的特征1918年马克斯·卡尔·欧内斯特·路德维希·普朗克(德国人)对确立量子理论作出巨大贡献1919年J.斯塔克(德国人)发现极隧射线的多普勒效应以及电场作用下光谱线的分裂现象1920年 C.E.纪尧姆(瑞士人)发现镍钢合金的反常现象及其在精密物理学中的重要性1921年阿尔伯特·爱因斯坦(美籍犹太人)发现了光电效应定律等1922年尼尔斯·亨利克·大卫·玻尔(丹麦人)从事原子结构和原子辐射的研究1923年R.A.米利肯从事基本电荷和光电效应的研究1924年K.M.G.西格巴恩(瑞典人)发现了X 射线中的光谱线1925年詹姆斯·弗兰克、G.赫兹(德国人)发现原子和电子的碰撞规律1926年J.B.佩兰(法国人)研究物质不连续结构和发现沉积平衡1927年阿瑟·霍利·康普顿(美国人)发现康普顿效应(也称康普顿散射) C.T.R.威尔逊(英国人)发明了云雾室,能显示出电子穿过水蒸气的径迹1928年O.W 理查森(英国人)从事热离子现象的研究,特别是发现理查森定律1929年路易斯·维克多·德布罗意(法国人)发现物质波1930年 C.V.拉曼(印度人)从事光散方面的研究,发现拉曼效应1931年未颁奖1932年维尔纳·K.海森伯(德国人)创建了量子力学1933年埃尔温·薛定谔(奥地利人)、P.A.M.狄拉克(英国人)发现原子理论新的有效形式1934年未颁奖1935年J.查德威克(英国人)发现中子1936年V.F.赫斯(奥地利人)发现宇宙射线; C.D.安德森(美国人)发现正电子1937年 C.J.戴维森(美国人)、G.P.汤姆森(英国人)发现晶体对电子的衍射现象1938年 E.费米(意大利人)发现中子轰击产生的新放射性元素并发现用慢中子实现核反应1939年 E.O.劳伦斯(美国人)发明和发展了回旋加速器并以此取得了有关人工放射性等成果1940年~1942年未颁奖1943年O.斯特恩(美国人)开发了分子束方法以及质子磁矩的测量1944年I.I.拉比(美国人)发明了著名气核磁共振法1945年沃尔夫冈·E.泡利(奥地利人)发现不相容原理1946年P.W.布里奇曼(美国人)发明了超高压装置,并在高压物理学方面取得成就1947年 E.V.阿普尔顿(英国人)从事大气层物理学的研究,特别是发现高空无线电短波电离层(阿普尔顿层)1948年P.M.S.布莱克特(英国人)改进了威尔逊云雾室方法,并由此导致了在核物理领域和宇宙射线方面的一系列发现1949年汤川秀树(日本人)提出核子的介子理论,并预言介子的存在1950年 C.F.鲍威尔(英国人)开发了用以研究核破坏过程的照相乳胶记录法并发现各种介子1951年J.D.科克罗夫特(英国人)、E.T.S.沃尔顿(爱尔兰人)通过人工加速的粒子轰击原子,促使其产生核反应(嬗变)1952年 F.布洛赫、E.M.珀塞尔(美国人)从事物质核磁共振现象的研究并创立原子核磁力测量法1953年 F.泽尔尼克(荷兰人)发明了相衬显微镜1954年马克斯·玻恩在量子力学和波函数的统计解释及研究方面作出贡献W. 博特(德国人)发明了符合计数法,用以研究原子核反应和γ射线1955年W.E.拉姆(美国人)发明了微波技术,进而研究氢原子的精细结构P.库什(美国人)用射频束技术精确地测定出电子磁矩,创新了核理论1956年W.H.布拉顿、J.巴丁、W.B.肖克利(美国人)从事半导体研究并发现了晶体管效应1957年李政道、杨振宁(美籍华人)对宇称定律作了深入研究1958年P.A.切伦科夫、I.E.塔姆、I.M.弗兰克(俄国人)发现并解释了切伦科夫效应1959年 E .G. 塞格雷、O. 张伯伦(美国人)发现反质子1960年 D.A.格拉塞(美国人)发明气泡室,取代了威尔逊的云雾室1961年R.霍夫斯塔特(美国人)利用直线加速器从事高能电子散射研究并发现核子R.L.穆斯保尔(德国人)从事γ射线的共振吸收现象研究并发现了穆斯保尔效应1962年列夫·达维多维奇·朗道(俄国人)开创了凝集态物质特别是液氦理论1963年 E. P.威格纳(美国人)发现基本粒子的对称性以及原子核中支配质子与中子相互作用的原理M.G.迈耶(美国人)、J.H.D.延森(德国人)从事原子核壳层模型理论的研究1964年 C.H.汤斯(美国人)、N.G.巴索夫、A.M.普罗霍罗夫(俄国人)发明微波射器和激光器,并从事量子电子学方面的基础研究1965年朝永振一郎(日本人)、J. S . 施温格、R.P.费曼(美国人)在量子电动力学方面进行对基本粒子物理学具有深刻影响的基础研究1966年 A.卡斯特勒(法国人)发现和开发了把光的共振和磁的共振合起来,使光束与射频电磁发生双共振的双共振法1967年H.A.贝蒂(美国人)以核反应理论作出贡献,特别是发现了星球中的能源1968年L.W.阿尔瓦雷斯(美国人)通过发展液态氢气泡和数据分析技术,从而发现许多共振态1969年M.盖尔曼(美国人)发现基本粒子的分类和相互作用1970年L.内尔(法国人)从事铁磁和反铁磁方面的研究H.阿尔文(瑞典人)从事磁流体力学方面的基础研究1971年 D.加博尔(英国人)发明并发展了全息摄影法1972年J. 巴丁、L. N. 库柏、J.R.施里弗(美国人)从理论上解释了超导现象1973年江崎玲于奈(日本人)、I.贾埃弗(美国人)通过实验发现半导体中的“隧道效应”和超导物质 B.D.约瑟夫森(英国人)发现超导电流通过隧道阻挡层的约瑟夫森效应1974年M.赖尔、A.赫威斯(英国人)从事射电天文学方面的开拓性研究1975年 A.N. 玻尔、B.R.莫特尔森(丹麦人)、J.雷恩沃特(美国人)从事原子核内部结构方面的研究1976年 B. 里克特(美国人)、丁肇中(美籍华人)发现很重的中性介子–J /φ粒子1977年P.W. 安德林、J.H. 范弗莱克(美国人)、N.F.莫特(英国人)从事磁性和无序系统电子结构的基础研究1978年P.卡尔察(俄国人)从事低温学方面的研究 A.A.彭齐亚斯、R.W.威尔逊(美国人)发现宇宙微波背景辐射1979年谢尔登·李·格拉肖、史蒂文·温伯格(美国人)、A. 萨拉姆(巴基斯坦)预言存在弱中性流,并对基本粒子之间的弱作用和电磁作用的统一理论作出贡献1980年J.W.克罗宁、V.L.菲奇(美国人)发现中性K介子衰变中的宇称(CP)不守恒1981年K.M.西格巴恩(瑞典人)开发出高分辨率测量仪器N.布洛姆伯根、A.肖洛(美国人)对发展激光光谱学和高分辨率电子光谱做出贡献1982年K.G.威尔逊(美国人)提出与相变有关的临界现象理论1983年S.昌德拉塞卡、W.A.福勒(美国人)从事星体进化的物理过程的研究1984年 C.鲁比亚(意大利人)、S. 范德梅尔(荷兰人)对导致发现弱相互作用的传递者场粒子W±和Z 0的大型工程作出了决定性贡献1985年K. 冯·克里津(德国人)发现量了霍耳效应并开发了测定物理常数的技术1986年 E.鲁斯卡(德国人)在电光学领域做了大量基础研究,开发了第一架电子显微镜G.比尼格(德国人)、H.罗雷尔(瑞士人)设计并研制了新型电子显微镜——扫描隧道显微镜1987年J.G.贝德诺尔斯(德国人)、K.A.米勒(瑞士人)发现氧化物高温超导体1988年L.莱德曼、M.施瓦茨、J.斯坦伯格(美国人)发现μ子型中微子,从而揭示了轻子的内部结构1989年W.保罗(德国人)、H.G.德默尔特、N.F.拉姆齐(美国人)创造了世界上最准确的时间计测方法——原子钟,为物理学测量作出杰出贡献1990年J.I.弗里德曼、H.W.肯德尔(美国人)、理查德·E.泰勒(加拿大人)通过实验首次证明了夸克的存在1991年皮埃尔—吉勒·德·热纳(法国人)从事对液晶、聚合物的理论研究1992年G.夏帕克(法国人)开发了多丝正比计数管1993年R.A.赫尔斯、J.H.泰勒(美国人)发现一对脉冲双星,为有关引力的研究提供了新的机会1994年BN.布罗克豪斯(加拿大人)、C.G.沙尔(美国人)在凝聚态物质的研究中发展了中子散射技术1995年M.L.佩尔、F.莱因斯(美国人)发现了自然界中的亚原子粒子:Υ轻子、中微子1996年 D. M . 李(美国人)、D.D.奥谢罗夫(美国人)、理查德·C.理查森(美国人)发现在低温状态下可以无摩擦流动的氦- 31997年朱棣文(美籍华人)、W.D.菲利普斯(美国人)、C.科昂–塔努吉(法国人)发明了用激光冷却和俘获原子的方法1998年劳克林(美国)、斯特默(美国)、崔琦(美籍华人)发现了分数量子霍尔效应1999年H.霍夫特(荷兰)、M.韦尔特曼(荷兰)阐明了物理中电镀弱交互作用的定量结构.2000年阿尔费罗夫(俄罗斯人)、基尔比(美国人)、克雷默(美国人)因其研究具有开拓性,奠定资讯技术的基础,分享今年诺贝尔物理奖。
1990~1999年度诺贝尔奖获奖名录1990年12月10日第九十届诺贝尔奖颁发。
美国科学家弗里德曼、肯德尔、加拿大科学家泰勒因发现夸克的第一个证据而共同获得诺贝尔物理学奖。
美国科学家科里因创立关于有机合成的理论和方法获诺贝尔化学奖。
美国医生默里因成功地完成第一例肾移植手术、美国医生托马斯因开创骨髓移植而共同获得诺贝尔生理学或医学奖。
墨西哥作家帕斯因作品“体现了一种完整的人道主义”获诺贝尔文学奖。
苏联总统戈尔巴乔夫获诺贝尔和平奖。
美国经济学家马克威茨因发展了有价证券理论、美国经济学家米勒因对公司财政理论的贡献、美国经济学家夏普因提出资本资产定价模式而共同获得诺贝尔经济学奖。
1991年12月10日第九十一届诺贝尔奖颁发。
法国科学家热纳因把研究简单系统有序现象的方法,应用到更为复杂物质、液晶和聚合体的组合上作出贡献获诺贝尔物理学奖。
瑞士科学家恩斯特因对核磁共振光谱高分辩方法发展作出重大贡献获诺贝尔化学奖。
德国科学家内尔、扎克曼因发现细胞中单离子道功能,发展出一种能记录极微弱电流通过单离子道的技术而共同获得诺贝尔生理学或医学奖。
南非女作家戈迪默因小说《贵宾》、《七月一家人》和《自然资源保护论者》获诺贝尔文学奖。
缅甸反对党全国民主联盟领导人昆山素季获诺贝尔和平奖。
美国经济学家科斯因揭示交易价值在经济组织结构的产权和功能中的重要性获诺贝尔经济学奖。
1992年12月10日第九十二届诺贝尔奖颁发。
法国科学家夏帕克因发明多线路正比探测器,推动粒子探测器发展获诺贝尔物理学奖。
美国科学家马库斯因对化学系统中的电子转移反应理论作出贡献获诺贝尔化学奖。
美国科学家费希尔、克雷布斯因在逆转蛋白磷酸化作为生物调节机制的发现中作出巨大贡献而共同获得诺贝尔生理学或医学奖。
圣卢西亚作家沃尔科特因以其植根于多种文化的历史想像力作出了光辉的诗作获诺贝尔文学奖。
危地马拉女政治家门楚因为其冲破不同种族、文化和社会疆界所做出的努力获诺贝尔和平奖。
研究生学位课程论文论文题目:基本粒子的发展基本粒子的发展摘要:本文通过对电子、光子、质子、中子、正电子、中微子的发现和强子夸克模型的介绍,阐述了粒子物理的一些基本知识。
关键词:基本粒子、电子、中微子、夸克引言:不久前刚选完导师,我的导师是高策教授。
第一次见面,高老师询问了我的专业背景和兴趣后,给了我一些指导,希望我了解一下弦论和场论方面的相关理论。
于是,自己接触到了一些以前没有关注过的知识〔粒子物理学〕。
刚好正值期末,自然辩证法要交期末论文,题目自拟,所以想总结一下基本粒子的发展。
这样既可以完成学科作业,又能把近来看过的东西做一个简单总结,同时自己还抱着写一篇通俗的粒子物理方面的科普文章,希望能有一箭三雕之成效,但愿自己已经做到了。
揭露万物之本和世界之源是人类一直向往的研究目标。
早在公元前4世纪,古希腊哲学家德谟克利特(Democritus)和留基伯(Leucippus)就提出物质由不可分的微小的基本粒子组成,及原子论。
两千多年来,人类对世界本原的探索研究说明,物质世界确实有其深层次的构造,但又远非两位先哲所想的那样简单。
“基本粒子”按其原意是构成世界万物的不能再分割的最小单元。
这其实只是一种历史概念,随着人类认识的不断深化,这种概念本身也在不断演变。
最初,留基伯和德谟克利特提出的原子就是指构成世界万物的终极单元。
但时至今日,已经没有人认为原子不能再分割了。
“最小单元”这个概念一次又一次地被迫转移到下一层次,于是“基本粒子”一词也就应运而生了。
当然本文所用“基本粒子”一词并非说它永远不能再分割,而是说直到当时还未进一步被分割的物质单元,尽管已有种种迹象说明它仍然有其更深的结构。
为了表达方便,本文有时把“基本粒子”简称为“粒子”。
接下来,我就从人类认识粒子的顺序来大致介绍人类对世界认识的不断深入。
一、人类认识的第一个基本粒子:电子1897年,汤姆逊发现了电子,这是人类认识的第一个基本粒子,他因此而获得了1906年的诺贝尔物理奖。
目录1901-1950 (1)1951-1980 (4)1981-2000 (7)2001-2010 (8)2011-2020 (10)2021 (12)独享还是共享? (13)人选空缺怎么办? (13)最年轻和最年长的获奖者 (13)史上获两次诺贝尔物理学奖的人 (14)获得诺贝尔物理学奖的华人科学家 (14)作为根据诺贝尔遗嘱设立的五大奖项之一,物理学奖被授予“在物理学领域作出最重要发现或发明的人”,与其他诺贝尔奖相比,物理学奖的荐举和甄选过程更长、更缜密。
诺贝尔物理学奖规则规定,获奖者的贡献必须“已经受时间的考验”。
这意味着诺贝尔委员会往往会在科学发现的数十年以后才会为此颁发奖项。
自1901年设立至今,诺贝尔物理学奖已走过百年历程,记录了物理学发展史上的无数个里程碑,已成为人类文明不可分割的一部分。
1901-19501、1901年:威尔姆·康拉德·伦琴(德国)发现X射线2、1902年:亨德瑞克·安图恩·洛伦兹(荷兰)、塞曼(荷兰)关于磁场对辐射现象影响的研究3、1903年:安东尼·亨利·贝克勒尔(法国)发现天然放射性;皮埃尔·居里(法国)、玛丽·居里(波兰裔法国人)发现并研究放射性元素钋和镭4、1904年:瑞利(英国)气体密度的研究和发现氩5、1905年:伦纳德(德国)关于阴极射线的研究6、1906年:约瑟夫·汤姆生(英国)对气体放电理论和实验研究作出重要贡献并发现电子7、1907年:迈克尔逊(美国)发明光学干涉仪并使用其进行光谱学和基本度量学研究8、1908年:李普曼(法国)发明彩色照相干涉法(即李普曼干涉定律)9、1909年:伽利尔摩·马克尼(意大利)、布劳恩(德国)发明和改进无线电报;理查森(英国)从事热离子现象的研究,特别是发现理查森定律10、1910年:范德华(荷兰)关于气态和液态方程的研究11、1911年:维恩(德国)发现热辐射定律12、1912年:达伦(瑞典)发明可用于同燃点航标、浮标气体蓄电池联合使用的自动调节装置13、1913年:卡末林-昂内斯(荷兰)关于低温下物体性质的研究和制成液态氦14、1914年:马克斯·凡·劳厄(德国)发现晶体中的X射线衍射现象15、1915年:威廉·亨利·布拉格、威廉·劳伦斯·布拉格(英国)用X射线对晶体结构的研究16、1916年:未颁奖17、1917年:查尔斯·格洛弗·巴克拉(英国)发现元素的次级X辐射特性18、1918年:马克斯·卡尔·欧内斯特·路德维希·普朗克(德国)对确立量子论作出巨大贡献19、1919年:斯塔克(德国)发现极隧射线的多普勒效应以及电场作用下光谱线的分裂现象20、1920年:纪尧姆(瑞士)发现镍钢合金的反常现象及其在精密物理学中的重要性21、1921年:阿尔伯特·爱因斯坦(德国)他对数学物理学的成就,特别是光电效应定律的发现22、1922年:尼尔斯·亨利克·大卫·玻尔(丹麦)关于原子结构以及原子辐射的研究23、1923年:罗伯特·安德鲁·密立根(美国)关于基本电荷的研究以及验证光电效应24、1924年:西格巴恩(瑞典)发现X射线中的光谱线25、1925年:弗兰克·赫兹(德国)发现原子和电子的碰撞规律26、1926年:佩兰(法国)研究物质不连续结构和发现沉积平衡27、1927年:康普顿(美国)发现康普顿效应;威尔逊(英国)发明了云雾室,能显示出电子穿过空气的径迹28、1928年:理查森(英国)研究热离子现象,并提出理查森定律29、1929年:路易·维克多·德布罗意(法国)发现电子的波动性30、1930年:拉曼(印度)研究光散射并发现拉曼效应31、1931年:未颁奖32、1932年:维尔纳·海森伯(德国)在量子力学方面的贡献33、1933年:埃尔温·薛定谔(奥地利)创立波动力学理论;保罗·阿德里·莫里斯·狄拉克(英国)提出狄拉克方程和空穴理论34、1934年:未颁奖35、1935年:詹姆斯·查德威克(英国)发现中子36、1936年:赫斯(奥地利)发现宇宙射线;安德森(美国)发现正电子37、1937年:戴维森(美国)、乔治·佩杰特·汤姆生(英国)发现晶体对电子的衍射现象38、1938年:恩利克·费米(意大利)发现由中子照射产生的新放射性元素并用慢中子实现核反应39、1939年:欧内斯特·奥兰多·劳伦斯(美国)发明回旋加速器,并获得人工放射性元素40、1940—1942年:未颁奖41、1943年:斯特恩(美国)开发分子束方法和测量质子磁矩42、1944年:拉比(美国)发明核磁共振法43、1945年:沃尔夫冈·E·泡利(奥地利)发现泡利不相容原理44、1946年:布里奇曼(美国)发明获得强高压的装置,并在高压物理学领域作出发现45、1947年:阿普尔顿(英国)高层大气物理性质的研究,发现阿普顿层(电离层)46、1948年:布莱克特(英国)改进威尔逊云雾室方法和由此在核物理和宇宙射线领域的发现47、1949年:汤川秀树(日本)提出核子的介子理论并预言∏介子的存在48、1950年:塞索·法兰克·鲍威尔(英国)发展研究核过程的照相方法,并发现π介子1951-198049、1951年:科克罗夫特(英国)、沃尔顿(爱尔兰)用人工加速粒子轰击原子产生原子核嬗变50、1952年:布洛赫、珀塞尔(美国)从事物质核磁共振现象的研究并创立原子核磁力测量法51、1953年:泽尔尼克(荷兰)发明相衬显微镜52、1954年:马克斯·玻恩(英国)在量子力学和波函数的统计解释及研究方面作出贡献;博特(德国)发明了符合计数法,用以研究原子核反应和γ射线53、1955年:拉姆(美国)发明了微波技术,进而研究氢原子的精细结构;库什(美国)用射频束技术精确地测定出电子磁矩,创新了核理论54、1956年:布拉顿、巴丁(犹太人)、肖克利(美国)发明晶体管及对晶体管效应的研究55、1957年:李政道、杨振宁(美籍华人)发现弱相互作用下宇称不守衡,从而导致有关基本粒子的重大发现56、1958年:切伦科夫、塔姆、弗兰克(苏联)发现并解释切伦科夫效应57、1959年:塞格雷、欧文·张伯伦(OwenChamberlain)(美国)发现反质子58、1960年:格拉塞(美国)发现气泡室,取代了威尔逊的云雾室59、1961年:霍夫斯塔特(美国)关于电子对原子核散射的先驱性研究,并由此发现原子核的结构;穆斯堡尔(德国)从事γ射线的共振吸收现象研究并发现了穆斯堡尔效应60、1962年:达维多维奇·朗道(苏联)关于凝聚态物质,特别是液氦的开创性理论61、1963年:维格纳(美国)发现基本粒子的对称性及支配质子与中子相互作用的原理;梅耶夫人(美国人.犹太人)、延森(德国)发现原子核的壳层结构62、1964年:汤斯(美国)在量子电子学领域的基础研究成果,为微波激射器、激光器的发明奠定理论基础;巴索夫、普罗霍罗夫(苏联)发明微波激射器63、1965年:朝永振一郎(日本)、施温格、费因曼(美国)在量子电动力学方面取得对粒子物理学产生深远影响的研究成果64、1966年:卡斯特勒(法国)发明并发展用于研究原子内光、磁共振的双共振方法65、1967年:贝蒂(美国)核反应理论方面的贡献,特别是关于恒星能源的发现66、1968年:阿尔瓦雷斯(美国)发展氢气泡室技术和数据分析,发现大量共振态67、1969年:盖尔曼(美国)对基本粒子的分类及其相互作用的发现68、1970年:阿尔文(瑞典)磁流体动力学的基础研究和发现,及其在等离子物理富有成果的应用;内尔(法国)关于反磁铁性和铁磁性的基础研究和发现69、1971年:加博尔(英国)发明并发展全息照相法70、1972年:巴丁、库柏、施里弗(美国)创立BCS超导微观理论71、1973年:江崎玲于奈(日本)发现半导体隧道效应;贾埃弗(美国)发现超导体隧道效应;约瑟夫森(英国)提出并发现通过隧道势垒的超电流的性质,即约瑟夫森效应72、1974年:马丁·赖尔(英国)发明应用合成孔径射电天文望远镜进行射电天体物理学的开创性研究;赫威斯(英国)发现脉冲星73、1975年:阿格·N·玻尔、莫特尔森(丹麦)、雷恩沃特(美国)发现原子核中集体运动和粒子运动之间的联系,并且根据这种联系提出核结构理论74、1976年:丁肇中、里希特(美国)各自独立发现新的J/ψ基本粒子75、1977年:安德森、范弗莱克(美国)、莫特(英国)对磁性和无序体系电子结构的基础性研究76、1978年:卡皮察(苏联)低温物理领域的基本发明和发现;彭齐亚斯、R·W·威尔逊(美国)发现宇宙微波背景辐射77、1979年:谢尔登·李·格拉肖、史蒂文·温伯格(美国)、阿布杜斯·萨拉姆(巴基斯坦)关于基本粒子间弱相互作用和电磁作用的统一理论的贡献,并预言弱中性流的存在78、1980年:克罗宁、菲奇(美国)发现电荷共轭宇称不守恒1981-200079、1981年:西格巴恩(瑞典)开发高分辨率测量仪器以及对光电子和轻元素的定量分析;布洛姆伯根(美国)非线性光学和激光光谱学的开创性工作;肖洛(美国)发明高分辨率的激光光谱仪80、1982年:K·G·威尔逊(美国)提出重整群理论,阐明相变临界现象81、1983年:萨拉马尼安·强德拉塞卡(美国)提出强德拉塞卡极限,对恒星结构和演化具有重要意义的物理过程进行的理论研究;福勒(美国)对宇宙中化学元素形成具有重要意义的核反应所进行的理论和实验的研究82、1984年:卡洛·鲁比亚(意大利)证实传递弱相互作用的中间矢量玻色子[[W+]],W-和Zc的存在;范德梅尔(荷兰)发明粒子束的随机冷却法,使质子-反质子束对撞产生W 和Z粒子的实验成为可能83、1985年:冯·克里津(德国)发现量子霍耳效应并开发了测定物理常数的技术84、1986年:鲁斯卡(德国)设计第一台透射电子显微镜;比尼格(德国)、罗雷尔(瑞士)设计第一台扫描隧道电子显微镜85、1987年:柏德诺兹(德国)、缪勒(瑞士)发现氧化物高温超导材料86、1988年:莱德曼、施瓦茨、斯坦伯格(美国)产生第一个实验室创造的中微子束,并发现中微子,从而证明了轻子的对偶结构87、1989年:拉姆齐(美国)发明分离振荡场方法及其在原子钟中的应用;德默尔特(美国)、保尔(德国)发展原子精确光谱学和开发离子陷阱技术88、1990年:弗里德曼、肯德尔(美国)、理查·爱德华·泰勒(加拿大)通过实验首次证明夸克的存在89、1991年:皮埃尔·吉勒德-热纳(法国)把研究简单系统中有序现象的方法推广到比较复杂的物质形式,特别是推广到液晶和聚合物的研究中90、1992年:夏帕克(法国)发明并发展用于高能物理学的多丝正比室91、1993年:赫尔斯、J·H·泰勒(美国)发现脉冲双星,由此间接证实了爱因斯坦所预言的引力波的存在92、1994年:布罗克豪斯(加拿大)、沙尔(美国)在凝聚态物质研究中发展了中子衍射技术93、1995年:佩尔(美国)发现τ轻子;莱因斯(美国)发现中微子94、1996年:D·M·李、奥谢罗夫、R·C·理查森(美国)发现了可以在低温度状态下无摩擦流动的氦同位素95、1997年:朱棣文、W·D·菲利普斯(美国)、科昂·塔努吉(法国)发明用激光冷却和捕获原子的方法96、1998年:劳克林、霍斯特·路德维希·施特默、崔琦(美国)发现并研究电子的分数量子霍尔效应97、1999年:H·霍夫特、韦尔特曼(荷兰)阐明弱电相互作用的量子结构98、2000年:阿尔费罗夫(俄国)、克罗默(德国)提出异层结构理论,并开发了异层结构的快速晶体管、激光二极管;杰克·基尔比(美国)发明集成电路2001-201099、2001年:克特勒(德国)、康奈尔、卡尔·E·维曼(美国)在“碱金属原子稀薄气体的玻色-爱因斯坦凝聚态”以及“凝聚态物质性质早期基本性质研究”方面取得成就100、2002年:雷蒙德·戴维斯、里卡尔多·贾科尼(美国)、小柴昌俊(日本)“表彰他们在天体物理学领域做出的先驱性贡献,其中包括在“探测宇宙中微子”和“发现宇宙X射线源”方面的成就。
5、中微子的发现要追溯中微子发现的经过,还要从19世纪末20世纪初对放射性的研究谈起。
当时,科学家们发现,在量子世界中,能量的吸收和发射是不连续的。
不仅原子的光谱是不连续的,而且原子核中放出的阿尔法射线和伽马射线也是不连续的。
这是由于原子核在不同能级间跃迁时释放的,是符合量子世界的规律的。
奇怪的是,物质在B衰变过程中释放出的由电子组成的B射线的能谱却是连续的,而且电子只带走了它应该带走的能量的一部分,还有一部分能量失踪了。
瑞士物理学家泡利在1931年最先假设有种新粒子“窃走了”能量。
在1931年,泡利在美国物理学会的一场讨论会中提出,这种粒子不是原来就存在于原子核中,而是衰变产生的。
1932年真正的中子被发现后,意大利物理学家费米将泡利的“中子〃正名为“中微子〃。
1933年,意大利物理学家费米提出了B衰变的定量理论,指出自然界中除了已知的引力和电磁力以外,还有第三种相互作用一弱相互作用。
B衰变就是核内一个中子通过弱相互作用衰变成一个电子、一个质子和一个中微子。
他的理论定量地描述了B射线能谱连续和B衰变半衰期的规律,B能谱连续之谜终于解开了。
如果中微子有引力质量,那么根据Einstein的质能方程,必须把能量E*的一部分用来产生中微子,这样留给电子的能量就比E*小。
泡利推算出中微子是没有质量的观点是错误的,由于中微子的引力质量非常小,因此在埃利斯的实验中发现电子也偶尔确实会有能量为E*的情况。
泡利的中微子假说和费米的B衰变理论虽然逐渐被人们接受,但终究还蒙上了一层迷雾:谁也没有见到中微子。
就连泡利本人也曾说过,中微子是永远测不到的。
在泡利提出中微子假说的时候,我国物理学家王淦昌正在德国柏林大学读研究生,直到回国,他还一直关心着B衰变和检验中微子的实验。
1941年,王淦昌写了一篇题为《关于探测中微子的一个建议》的文章,发表在次年美国的《物理评论》杂志上。
1942年6月,该刊发表了美国物理学家艾伦根据王淦昌方案作的实验结果,证实了中微子的存在,这是这一年中世界物理学界的一件大事。
1991年诺贝尔物理学奖----液晶和聚合物德然纳(Pierre Gilles de Gennes,1932-- )1991年诺贝尔物理学奖授予法国的德纳然,以表彰他把研究简单系统中有序现象的方法推广到更复杂的物理态,特别是液晶和聚合物所做的贡献。
德然纳用数学方法描述磁欧极子、长分子或分子链是怎样在特定条件下形成有序态的,并阐明了当这些物质从有序态过渡到无序态发生了些甚麽事情。
例如,在加热磁体时,就会发生这类有序-无序的变化。
而由无序到有序的转变往往发生在确定的温度下,有时也出现跳跃式的变化,这就是在临界态下的相变,对于铁磁体来说,这个温度就是所谓的距离点。
1992年诺贝尔物理学奖----多斯正比室的发明夏帕克(Georges Charpak,1924-- )1992年诺贝尔物理学奖授予瑞士日内瓦欧洲核子研究中心的夏帕克,以表彰他对高能物理探测器,特别是多斯正比室的发明和发展。
从1959年起,夏帕克在欧洲核子研究中心工作,这是欧洲建立在瑞士日内瓦州的粒子物理实验室。
在那里,夏帕克发明了多斯正比室。
这一开创性成果发表于1968年。
由于他在这方面的工作,粒子物理学家才能够把他们的兴趣集中在非常罕见的例子之间的相互作用,这类相互作用往往可以揭示物质内部深层次的奥秘。
1993年诺贝尔物理学奖----新型脉冲星小约瑟夫.泰勒 (Joseph H。
Haylor,Jr,1941-- ) 拉塞尔.赫尔斯(Russell A.Hulse,1915-- )1993年诺贝尔物理学奖授予美国新泽西州普林斯顿大学的赫尔斯和小约瑟夫,泰勒,以表彰他们发现了一种新型的脉冲星,这一发现为研究引力开辟了新的可能性。
赫尔斯和泰勒是在1974年用西印度群岛波多黎各的300m 射电望远镜发现这种新型脉冲星的。
当时泰勒在阿墨斯特(Amherst)麻萨诸塞大学任教授,赫尔斯是他的研究生。
脉冲星是一种质量比太阳大而半径大约只有十几公里的快速旋转的"宇宙信号"(假如有一个人站在脉冲星上,其重量会比在地面上大千亿倍)。
中微子的秘密作者:陈晓军来源:《百科知识》2015年第22期今年诺贝尔物理学奖授予日本的梶田隆章与加拿大的阿瑟·麦克唐纳,以表彰他们发现中微子振荡现象,该发现表明中微子拥有质量。
中微子是轻子的一种,它在宇宙中无处不在,几乎零质量,很少与其他任何物质互动,因而很难研究它们。
梶田隆章和麦克唐纳使用日本、加拿大两国的大型仪器对中微子做出了重要的测量,他们的研究证明中微子存在质量。
这个发现对粒子物理学影响深远,甚至在我们对宇宙的理解上都有突破性的意义。
中微子的预言我们生活在一个中微子的世界里。
每一秒都有数以万亿计的中微子通过你的身体。
但你看不到它们,也感受不到它们的存在。
中微子几乎以光速在宇宙中传播,几乎不与物质发生相互作用。
那么它们究竟来自何方?其中一些中微子是在宇宙大爆炸中产生的,其他则产生于空间或地球上的各种不同过程之中——从恒星衰亡时的超新星爆发,到核电站内的反应堆,以及自然发生的放射性衰变过程,等等。
甚至在我们的身体内部,平均每秒也有超过5000个中微子在钾的同位素衰变过程中被产生出来。
在抵达地球的中微子中,大部分都源自太阳内部的核反应过程。
在整个宇宙中,中微子的数量仅次于光子,是宇宙中数量最多的粒子之一。
然而,长期以来科学家们甚至都无法确认中微子是否真的存在。
事实上,当中微子的概念最早由物理学家沃尔夫冈·泡利提出来时(泡利是1945年诺贝尔奖获得者),他的主要目的是想为由于β衰变过程中表现出来的能量不守恒现象而感到绝望的物理学家们找到一个解释。
β衰变是原子核衰变的一种形式。
1930年12月,泡利以“亲爱的(从事)放射性(研究的)女士们和先生们”开头,致信给他的物理学同行。
在这封信中,泡利提出,β衰变过程中的一部分能量可能是被一种具有电中性、弱相互作用且质量极小的粒子带走了。
但甚至是泡利本人也几乎不相信这样一种粒子是真实存在的。
据说他曾经说过这样的话:“我做了一件糟糕的事情,我提出了一种不可能被探测到的粒子。
1995年诺贝尔物理学奖——中微子和重轻子的发现1995年诺贝尔物理学奖的一半授予美国加州斯坦福大学的佩尔(Martin L.Perl,1927—),奖励他发现了τ轻子①,另一半授予美国加利福尼亚州欧文(Lrvine)加州大学的莱因斯(Frederick Reines,1918—),奖励他检测到了中微子。
佩尔和莱因斯是对轻子物理学作出重大贡献的两位美国物理学家。
这是继鲍威尔(1950年发现π介子),张伯伦与西格雷(1959年发现反质子),丁肇中与里克特(1976年发现J/ψ粒子),鲁比亚和范德米尔(1984年发现W±、z0粒子),莱德曼、施瓦茨和斯坦博格(1988年发现中微子有不同属性),夏帕克(1992年发明多丝正比室)等人之后,国际科学界又一次将诺贝尔物理学奖这一殊荣授予实验高能粒子物理学领域的科学家,人数占本世纪后半叶的总领奖人数的12%。
从这一统计数字可以看出,50年代以来,实验高能粒子物理学的成就非常突出,是物理学界引以为豪的领域之一。
提到中微子的发现,应该先讲讲几件先驱的贡献。
中微子的概念是1930年泡利首先提出的。
当时摆在物理学家面前的疑难问题中有一个涉及β衰变。
β衰变和α衰变及γ衰变不一样,放射性元素发出的β电子能量是连续分布的,不像α和γ射线具有明确的分立谱。
而原子核的能态差是确定的,显然β衰变的连续谱是一种反常现象,不符合能量守恒定律的要求。
是某种未知的过程在起作用,把能量带走了,还是能量守恒定律不适用于β衰变?在这个疑难问题面前,玻尔甚至都准备放弃能量守恒定律的普适性,他提出也许能量守恒定律只适用于统计性的过程。
泡利是一位思想极为活跃的理论家,他在一封给同行的公开信中提出:“原子核中可能存在一种自旋为1/2,服从不相容原理的电中性粒子”。
β衰变中失踪的能量也许就是这一察觉不到的中性粒子——中微子带走的。
费米支持泡利的设想,他在1934年正式提出β衰变理论,很好地解释了β能谱的连续性问题,不久这一理论得到了正电子衰变实验的肯定。
然而,由于这种微小的中性粒子既不荷电,又不参与强相互作用,质量微不足道,它的存在一直未能得到实验验证。
人们只能从能量和角动量的分析,论证这一幽灵式的基本粒子的存在和所起的作用。
在众多的探讨中微子的实验方案中,中国物理学家王淦昌提出的方案格外引人注意。
他在40年代初从中国的抗战大后方向美国《物理评论》杂志提交了一篇简短的论文,建议把普通β衰变末态的三体,变为K俘获的二体,就有可能间接观测到中微子的存在。
他还特别指出,可取Be→Li作为实验对象。
这一建议立即受到实验物理学家的重视。
1952年美国的戴维斯果然用这一方法取得了与理论预期值相符的实验结果,初步肯定了中微子的客观存在。
就在这个时候,直接捕捉中微子的工作也开始了。
1953年美国洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)科学实验室的莱因斯和考恩(ClydeL.Cowan,Jr)领导的实验小组按下列方案探测到反中微子:莱因斯和考恩为了防止误判的出现,采用了同时探测中子和正电子的方法。
)的水靶箱中(图来自反应堆裂变产物的反中微子,射入掺有大量氯化镉(CdCl295-1)。
在0.2μs内正电子必与电子相遇而湮灭,同时发出γ光子,γ光子被两侧的闪烁器符合地探到。
光子总能量估计约为9MeV。
中子则受到水的慢化,被镉核俘获。
莱因斯和考恩的设计思想颇为巧妙,考虑到中子在产生后最多在10μs内会被俘获,专门设计了延迟符合计数器。
他们的实验装置如图95-2,其核心是一组三明治式的多层结构,由两个水靶箱A、B和三个大型液体闪烁器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ构成。
中间探测器共用,组成两套结构。
整个实验装置安装在铅室中屏蔽,以防外界干扰。
经过周密准备和认真测试,实验小组在预期的能量范围和时间间隔内,得到了肯定的结果。
中微子这个充斥宇宙的“幽灵”终于被捕捉到了。
佩尔也是美国科学院院士,1955年在哥伦比亚大学取得物理学博士学位,后到斯坦福大学直线加速器中心(SLAC)任职,曾参与里克特领导的实验小组并一起发现J/ψ粒子。
1966年SLAC在3km(2英里)长的直线加速器上组织实验,试图从高能电子与靶核的碰撞中发现新的粒子,但没有得到任何结果。
1972年SLAC在直线加速器近旁建造了一座正负电子对撞机,取名为SPEAR(Stanford PositronElectron Accumulator Rings)。
存储环直径约80m。
直线加速器提供的正负电子束注入存储环后,在磁场的作用下以相反的方向绕环道运行,最后在指定的地点作对头碰撞。
佩尔领导的实验小组在这台设备上从1974年—1977年进行了一系列实验,终于在4GeV能区发现了一个比质子重两倍,比电子重3500倍的新粒子,其特性类似于电子和μ子。
经过反复检验,证明是在电子和μ子之外的又一种轻子。
新的轻子以希腊字母τ表示,取自Triton(氚核)的第一个字母。
佩尔小组最初得到的迹象是在一万个各种类型的事例中,找到24个电子-μ子事件,可以用下列式子表示:电子+正电子→电子+反μ子+(i.p.)电子+正电子→正电子+μ子+(i.p.)式中(i.P.)代表不可见的粒子,在探测器中不留任何痕迹。
探测器只能记录下电子(或正电子)及电荷符号相反的反μ子(或μ子)。
他们这样解释上述过程(图95-3):正负电子对撞后,先产生的是一对重轻子,即后来命名的τ子。
他们设想这对正反τ子衰变得极快,离开碰撞点不到几毫米就衰变掉了,因此难以观测到。
观测到的是电子和μ子,说明正负τ子衰变成了电子(正电子)或μ子(反μ子)。
但是又由于衰变过程中轻子数必定守恒,在反应中除了电子中微子(或μ子中微子)还应有τ子中微子参与。
于是反应的衰变产物应为:τ子→电子(或μ子)+几个中微子,τ子→反μ子(或正电子)+几个中微子于是从检测器得到的结果就有可能是图95-3的样子。
当然,中微子是看不见的,只能根据能量和动量的计算作出判断,所以,图中中微子的轨迹是虚线。
重轻子的发现不仅增添了人类关于基本粒子的知识,在理论上也有重大意义。
下面我们来简单回顾一段历史。
1964年盖尔曼等人提出夸克模型理论,在粒子物理学的发展中是一个飞跃。
这个理论认为所有的重子都是由三个夸克构成,介子则是由一个夸克和一个反夸克构成,很好地解释了各种重子和介子的性质。
夸克模型理论预言的Ω-粒子,很快得到实验的证实,但在研究强子的弱作用时遇到了困难。
1970年格拉肖等人提出GIM模型理论,根据夸克和轻子的弱相互作用有相似的特点,认为它们之间有对称性,四种轻子(电子、μ子、电子中微子、μ子中微子及其反粒子)应该对应于四种夸克,并预言了第四种夸克的特性,取名为粲夸克。
1976年丁肇中和里克特发现了J/ψ粒子,J/ψ粒子可以解释为粲夸克与反粲夸克组成。
这一发现对GIM模型理论当然是一有利的判据。
然而就在第二年佩尔小组发现了第三代轻子(τ子、τ子中微子及其反粒子组成第三代轻子)。
于是人们进一步设想,夸克也应有第三代,并根据这一对称性建立起标准模型理论。
第三代夸克分别取名为底夸克和顶夸克。
1977年发现的γ粒子,揭示了底夸克的存在。
顶夸克直到1994年才由费米国家实验室找到。
中微子和重轻子的发现使人们对于微观世界的认识大大跨越了一步。
但是人类对物质世界的认识是没有止境的。
还有没有第四代基本粒子,很难作出预言。
这是物理学尚未解决的问题,如果还有,标准模型理论又要作重大修改。
诺贝尔物理学奖再次授予粒子物理学家,说明这一领域在整个科学技术中的地位进一步得到了社会的承认。
粒子物理学不但为人们提供了重要的对物质世界的认识,使人类掌握自然界更深层次的规律,而且这种认识对于其它学科也有深远影响。
这次诺贝尔物理学奖又一次授予实验物理学家,说明实验在物理学,特别是粒子物理学中的作用。
50年代以来,粒子物理学取得了丰硕的成果。
这首先应归功于一系列高能实验装置的运行,尤其是各种类型的对撞机,大大地提高了有效作用能量,再加上多种多样探测器的发明和改进,使产生和探测新能区的粒子成为可能。
大规模实验室的建立和科学家集体的合作,实验技术的提高和实验方法的完善,为发现各种新粒子提供了保证。
下面简单介绍两位诺贝尔物理学奖获得者的生平。
佩尔1927年生于美国纽约。
他的父母是犹太人,大约在1900年为了逃避贫困和反犹太主义,从俄国(原波兰领土)举家迁移到美国,在美国的贫民窟里定居。
由于经营印刷业和广告公司,逐渐上升为中产阶级,才得以让佩尔进入较好的学校接受教育。
父母认识到移民只有靠知识和文化才能在美国社会中立足,所以非常重视子女的教育。
佩尔也很争气,努力学习,在学校表现很好。
1942年16岁就从高中毕业,中间跳了两级。
他酷爱读书,什么书都读,每次去公立图书馆,都要借满六本书回家。
然而,父母不赞成他把时间都花在书本上,要他多做户外运动,因为一个真正的美国孩子是很爱运动的,他们希望佩尔成为100%的美国人。
所以佩尔特别喜欢下雨天,这样就可以留在家里读书。
有两本书对佩尔特别有吸引力。
一本是《大众数学》,他从这里学到了微积分。
另一本是《大众科学》。
为了省钱,他没有买这两本书,而是一次一次地借来读,详细作笔记。
他对机械也很有兴趣,读过许多这方面的杂志和书籍。
佩尔深知一个移民要在美国社会不受歧视,就要设法找到一个好的职业。
例如当律师和医生等等。
他没有敢想要做一名科学家,但他又不愿当律师和医生,于是在高中毕业时,选择了化工专业,进了布鲁克伦(Brooklyu)多科工业学院。
不久第二次世界大战爆发,学业暂停,佩尔因年纪不够,暂不能入伍,于是加入商船学校当学员,后来还是当了一年的兵,返回学校后于1948年以优异的成绩取得了学士学位。
在学院里学到的机械、化学实验技术等等知识对后来的实验工作非常有用。
毕业后,佩尔进入通用电气公司,经过一年培训,分配在纽约的电子管部当化学工程师,解决生产电子管过程中的技术问题,有些也涉及电视显像管的生产。
为了解决电子管中栅极发射之类的问题,佩尔有时到大学里去学习有关的课程,其中包括原子物理学和高等微积分。
此时,佩尔已经23岁,他决心开始学习物理。
1954年,佩尔进入哥伦比亚大学物理系研读物理博士,那里有名师拉比教授。
佩尔的博士论文是用原子束共振方法测量钠核的四极矩。
原子束共振是拉比首创的方法,已经取得了丰硕成果。
拉比并没有手把手地教他实验技术,而是指导他选择合适的研究课题,这是最重要的。
当佩尔做出结果并急于发表时,拉比听说法国人用光学共振方法做出了类似的测量。
就写信去询问。
七八个星期过去了,来自法国的复信告诉拉比,那里确实得到了同样的答案,拉比这才让佩尔发表结果。
这件事对佩尔很有教育意义。
耽误一点时间不要紧,要紧的是不要出错。
与其争第一个没有把握的发表结果,不如第二个发表正确的结果。