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粒子的发现者——卡洛·卢比亚

(2007-11-20 09:31:17)
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知识/探索

卡罗卢比亚:1934年出生于意大利,1989年1月至1993年12月,卡罗·鲁比亚任欧洲粒子物理研究所所长。1986至1994年,他担任Sincrotrone Trieste(同步辐射光源)主席。1999至2005年,他担任ENEA(意大利国家能源环境局)局长。1984年诺贝尔物理学奖授予瑞士日内瓦欧洲核子研究中心(CERN)的意大利物理学家鲁比亚(Carlo Rubbia,1934-- )和荷兰物理学家范德米尔(Simon van der Meer,1925-- ),以表彰他们导致发现弱相互作用的传播体W±和Zo的大规模研究方案中所起的决定性贡献。

 

                           粒子的发现者——卡洛·卢比亚

    人类探索自然奥秘的努力从来没有停息,而近一百多年在物理学领域的探索包含着两大基本的指向:其中之一是宏观指向,发展出天体物理学等学科;另一个是微观指向,诞生了粒子物理学等学科。

    卡洛·卢比亚领导的科研团队于1983年相继发现W±与Z°粒子,这项成果被认为标志着粒子物理学进入了一个新阶段。

曾涛:您所发现的W粒子和弱粒子,瑞典的皇家学院曾经说这个粒子的发现可能今天看起来还没有一个太大的用处,但是它对于让我们说明为什么太阳没有过热而消灭地球上的生命提供有利的证据,那么为什么这样讲?

卢比亚我想我们所回答的这个问题是跟好奇心相关的,这是一个很长的故事。居里夫人她发现了镭这个元素,从而告诉我们整个自然的本质是怎么样进行运作的,那么在1934年的时候发现了一个非常简单的理论,来分析研究这样一个现象,后来(英文)他也发现了另外一个重大的发现,是一个假说吧,就是有一些波色子的存在,可能会出现这样的一个波色子,那么这些发现以及在1983年的时候我和范德米尔我们发现了这两个粒子,那么使得我们长期以来的这样一个研究和假说有了一个阶段性的结果,那么这个结果事实上令我们感到非常的兴奋,所以说我们越来越多的进行挖掘,来了解一下我们自然当中的一些基本的力量是什么,当时我们是基于这样的一个假说,就是存在这个粒子,然后我们就要去求证它的存在是否是可能的。那么关于这能的研究。另外对于其他的一些现象,比如说无线电,当我们听无线电波的时候我们有些时候都是跟太阳相关的,所以我们整个的这个系统都是按照这样的一个原理,所以说从几百万年前到现在可能会有这样一个假设叫做宇宙霹雳说,那么这种弱的相互作用它的发现能够使我们求证宇宙的霹雳说。

 

    卡洛·卢比亚于1934年3月31日出生在意大利戈里齐亚(Gorizia)的一个小镇。在他出生后不久,他的祖国遭受了战争和法西斯的蹂躏。颠沛流离的生活给卢比亚的童年蒙上了灰暗的色调。

    当然,在某些时候,从另外的角度解读,苦难也可以成为一种财富,对于敢于应对命运挑战的人来说,尤其如此。

    童年艰难的处境并没有影响卡洛·卢比亚对科学的浓厚兴趣,他几乎阅读了关于电力和机械方面的能找到的所有书籍。比起单纯的科学问题,科学的硬件和构成方面更让他着迷。

曾涛:人们对于物理上的一些重大的发现都是源于好奇心,你从小是不是就有对于物理这些方面的极大的兴趣呢?

卢比亚:人不一定非得是一个聪明的人,但总是有着一颗童心,有一颗好奇心是非常重要的,好奇心使我们创造了现在的世界,所以科学发现非常重要的一点就是对于事物保持好奇心,

问:在小的时候是完全由于自己的兴趣开是因为周围有老师或者什么样的人影响了你来选择科学。

卢比亚:在很小的时候我就想成为一个科学家,在我小的时候可能我的骨头里就有那种科学家的一些元素,已经深深的刻在我的骨头里了。

曾涛:除了科学研究之外,您自己有什么样的业余爱好?

卢比亚:当然了我的生活一直是非常有趣的,作为个人我认为我的生活充满了乐趣,因为有很多不同的爱好,但是和科学思考来讲没有一个能够相比的,24小时我都在思考科学,这是一个责任。

 

    在完成高中学业以后,卡洛·卢比亚想申请到欧洲最古老而优秀的学府比萨大学的物理学院学习。可是,颠沛流离的生活严重影响了他的成绩,他被这所大学拒之门外。然而,几个月后,一件让他惊喜的事情发生了:由于原来通过考试的一名学生退学,卢比亚获得了这个名额,被录取了!这在不经意间改变了他的一生。

曾涛:由于之前耽误了学业,后来人生的这种转折点是出现在什么时候?

卢比亚:我想我应该是很幸运的,因为我能够真正有这个机会来从事我自己想做的事情,个阶段,接下来我就在意大利上了大学,那么我非常自豪能够完全在大学生活当中投入这种科学发现。接下来我又去了美国,尤其是在美国纽约的哥伦比亚大学,能够到世界的最高学府去接触到这个科学的圣殿。

 

    1958年,卡洛·卢比亚来到了美国,在哥伦比亚大学学习。从意大利一个偏僻小镇走出的这位25岁青年,置身高楼林立、繁华喧嚣的纽约,感到莫名的兴奋。

然而,对他的一生更有价值的事情是,他在与贝克合作实验的过程中,渐渐发现了自己的研究兴趣点:弱电的相互作用。

    1960年,卡洛·卢比亚返回欧洲,因为新成立的欧洲原子核研究中心深深吸引着他。这个机构是研究基本粒子的国际中心,有13个欧洲国家参加,跨越两个国家--瑞士和法国的边界,创建于1952年。来自各个国家的物理学家和工程师通力合作,在这里贡献自己的才能。卢比亚后来,他出任这个机构里原子核物理实验室的所长。

曾涛:欧洲的核子研究中心非常的有名,从物理的研究来讲它一直聚集了一大批世界最顶尖的物理学家在这里,您正好是这个组织当中的物理方面的一个领导人,所以很希望您能对这个组织做一个介绍。

卢比亚:那个时候它的总部在瑞士日内瓦,加入这个组织,我们从白手起家,一开始是一穷二白的,但是我们有来自于全世界各国的科学家都聚集在这样的组织当中,然后我们就创造了一种大的熔炉,共同致力于对于自然的科学研究和发现,我认为这样一个机会简直是太美好了,而且特别的独特,我很快的就投入到这样一种氛围当中。这当中有突飞猛进的一些科学成就和发现。

我们有这样一个重大的发现,这就是万维网,当我们进入这个网就进入了一个系统,它实际上是一系列计算机相连的系统,就我看来全世界对每个人来讲,对于所有的中国人来讲也是一个最重要的发现,事实上是在欧洲原子核研究组织当中来创立的万维网,那么这样一种发展主要是由于我们需要在科学家之间建立一个互相关联的网络,这样一种网络可以保证世界各地的科学家能够无障碍的相互联系,这就是我们建立万维网的初衷和概念。

 

    卡洛·卢比亚来到欧洲原子核物理实验室的主要原因之一,是当时这个实验室拥有世界上最大的加速器之一 ——质子同步加速器(SPS),它可将质子加速到4000亿电子伏的能量。若以此质子束去轰击静止的反质子,显然不足以产生W±粒子和Z°粒子。能否对反质子也进行加速,然后与加速的质子束对撞呢?卡洛· 卢比亚萌生了这个天才的想法。要实现这个想法,需要改装质子同步加速器。

卢比亚费了很大的劲,才说服欧洲原子核研究组织接受他的提议。改装计划于1978年开始,其中最关键的部分是新建一个「反质子聚集器」,它不仅「冷却」反质子束,还储存反质子群,从而使其在与质子碰撞时产生够多的「事件」。

曾涛:在欧洲的核磁研究中心进行了很长时间的研究,发现这两个粒子是不是一件非常困难的事情?

卢比亚:是的,我想我发现这两个粒子之所以成为可能,因为技术进步,为了能够研究这些现象,我们必须要控制一些反向的一些物质,我们相信好多物质,比如说质子、电子,还有分子,原子,它使世界,使整个的生物形成它现在的这个样子,那么这就是物质,物质是一种源,是宇宙的来源。除了物质之外还有另外一种物质的形式事实上在自然当中不存在,但是可以把它生产出来,用于到我们的加速器当中,我们把它称之为反物质,

有粒子就会有反粒子,它们的电荷一个是正极,一个是负极,而且它们的方向是相反的,比如说物质是朝着这个方向旋转,那么反物质朝着另外一个方向旋转,那么两者碰撞就会产生一种情况,这种对撞事实上是能量极大的一种碰撞,那么在这个过程当中出现了一种改装,就是要对于这个设备进行一个改装。所以说我们发现的终点是必须要开发一个新的技术,

 

    尽管做了许多努力,但卡洛· 卢比亚的方案要诉诸实施,还面临一些关键的技术障碍,他的成功有些遥遥无期。这时,一位同样杰出的科学家,荷兰人西蒙·范德米尔,走进了卢比亚的工作领域,

    卢比亚是意大利人,热情洋溢,脾气暴燥,但做事坚毅不拔,积极进取,贯彻始终。而范德米尔是荷兰人,与卢比亚的个性刚好成对比,沉默寡言,脚踏实地,谦虚而有风度。

    人们说:是范德米尔使这项实验方案成为可能,而鲁比亚则使这项实验方案得到了预期的成果。这是因为要实现在粒子对撞实验中产生W±和Z°,必须具备两个条件:一个条件是对撞的粒子必须具有足够高的能量转变为质量,从而产生重粒子W±和Z°;另一个条件是碰撞的次数必须足够多,才可能有机会观测到极罕见的特殊情况。前者是卢比亚的功劳,后者则要归功范德米尔。

曾涛:我知道您在粒子的发现中很重要的就是和合作人,也就是后来跟您一起得奖的范德米尔先生,据介绍你们两个人的个性非常的不同,但是却有着非常好的合作。

卢比亚:我想我们在整个一生当中都是非常密切合作的,当然了我们是有一些个人的差异,范德米尔他是粒子加速器方面的专家,他非常关心科学物理实验当中的工具,他有非常聪明的思想,看看这些思想如何在工具当中得到使用,那么和他在一起我们可以将我的抽象思想变成实践,所以我们是两个因素的一种结合,其中之一是一种抽象的思想,第二种是有一种实际的工具,使抽象思想能够变为现实,所以和他的合作是互补的,也是非常必要的。诺贝尔评奖委员会也承认了这一点,所以我们两位是那一届的诺贝尔物理学奖的共同得主。

 

    1983年1月,西欧核子研究中心主任宣布,卢比亚领导的小组发现了W±粒子。同年6月,又宣布他的小组发现了Z°粒子。接下来,他和范德米尔分享了1984年的诺贝尔物理奖。

    卡洛· 卢比亚的获奖成果,目前暂时还没有实际应用的可能。但是,他所从事的基础性研究,却为新能源的开发方面提供了新的理论空间。他提出了能量放大器的概念,一种应用现有加速器技术产生核能的新颖并且安全的方法。世界各国均积极对此概念进行研究,以将其应用于加速器高放射性废料的焚化以及利用天然钍生产能源。此类燃料可能产生的能源事实上是无穷无尽的,可以与核聚变媲美。

在一个新的领域,在未来能源和能源与环境的研究方面,卡洛· 卢比亚继续着他充满好奇的探索之旅。

 

 

[主持人采访手记]:

     1984年的诺贝尔物理奖颁给了两位科学家:卡洛·卢比亚(Carlo Rubbia)和西蒙·范德米尔(Simon van der Meer),以表彰他们在导致发现弱相互作用的传播体W±和Z°粒子的大规模研究方案中所做的决定性贡献。他们所从事的寻找基本粒子的工作,其困难程度是普通人难以想象的。曾经在同样领域发现过J粒子的华裔物理学家丁肇中曾经形象地比喻说,这就好比说北京下雨的时候,每一秒钟有一百亿个雨点,中间有一个是红的,你要把它找出来。而卢比亚和他的团队,还真的把它给找出来了,而且不止一个。

    当我们近距离解读卡洛· 卢比亚,我们发现在他杰出研究成果的背后,有一些成功者共同具有的东西:坚毅、自信、锲而不舍,乐于合作,富于理想和激情,对人类未来充满责任感,等等。这足以令我们相信,科学家不是完人,但伟大的成就总是与某些卓越的个人品质相伴。追求事业成功之路,也是个人人格陶冶之旅。

 

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