错过三次重大科学发现的约里奥.居里夫妇

                                                     李秉铎

   费雷德利克.约里奥和伊丽芙.居里是居里夫人的女婿和女儿，人们往往用约里奥.居里来称呼他们。他们由于在１９３４年发现了原子核的人工放射性而双双获得１９３５年的诺贝尔化学奖。但在这之前和之后，从１９３２年到１９３９年的短短几年内，他们曾错过三次重大的科学发现，令人惋惜。

                      一、和中子的发现擦身而过

   １９３２年１月，约里奥.居里夫妇用放射性元素钋所放出的a粒子轰击铍核，发现从铍核发出一种看不见的穿透力很强的中性射线，这种射线能量达到５５兆电子伏，能将石蜡等含氢物质中的质子击出，他们认为这种中性粒子是光子。虽然很难解释光子会有这样大的能量能够把质子撞出来，他们仍认为这是发生了类似康普顿效应的某种特殊现象。英国科学家卢瑟福早在１９２０年就预言了中子的存在，他的学生查德威克一直在想办法通过实验寻找中子。查德威克从约里奥.居里夫妇所做的实验受到启发，认为这很可能就是他正在寻找的中子，他重复了同样的实验并用云雾室作为探测器，从１９３２年２月７日开始狂热地投入工作状态，每天只睡３小时觉，仅用１０天就成功地证实了这种射线是名为中子的中性粒子流，并计算出中子的质量。中子的发现对认识原子核内部结构是一个转折点，具有重大理论意义，由此查德威克获得１９３５年诺贝尔物理奖。"机遇只偏爱有准备的头脑”，查德威克由于有明确的指导思想，因而在实验中能拨开云雾，认清现象的本质，约里奥.居里夫妇的类似实验由于缺乏明确的指导思想，而与中子的发现这一殊荣擦身而过。事后，约里奥说，如果他和妻子读到了卢瑟福１９２０年讲演中提出的关于中子的预言，他们取代查德威克鉴定出中子是很有可能的。

                       二、未辩认出正电子

   １９３２年８月２日，美国物理学家卡尔.安德森通过他精心准备的云室，在宇宙射线的云室照片中发现了一条奇特的径迹，与电子的径迹相似，却又具有相反的方向。显然是某种带正电的粒子轨迹，从曲率判断，又不可能是质子，于是他判断这是带正电的电子，这正是英国物理学家狄拉克早就预言的²正电子” 。约里奥.居里夫妇立即查阅他们的云室照片档案，并且认出了他们过去未能认出的正电子轨迹。在１９３２年初他们未能辩认出中子，在同一年里，他们又未能辩认出正电子，再次错过一次重大发现的机会。正电子的发现使安德森获得１９３６年诺贝尔物理学奖。

                    三、走到了核裂变的大门口

   约里奥在接受诺贝尔奖时的演讲中，预见了核裂变的可能。他说，随着科学的进展：“我们有理由相信科学家将可以随心所欲地聚合起或分裂开元素，从而能使爆炸形式的嬗变成为事实,如果这种嬗变一旦能成功地在物质中蔓延开来，我们可以看到巨大的，可利用的能量将会被释放出来。”

   约里奥.居里夫妇领导的小组在核物理研究中做了不少出色的实验。１９３７年伊丽芙.居里和南斯拉夫科学家萨维奇用慢中子轰击铀，在生成物中发现有一种半衰期为３.５小时的放射性物质。他们认为这种物质要么是８９号元素锕，要么是一种新的神秘“超铀元素”。锕的化学性质与镧近似，他们用镧作载体，用结晶分离法使“锕”与铀分离，然后试图将“锕”与它的载体镧分离，却发现无法实现这个分离，而镧的放射性却加强了。他们没有想到这个所谓的“锕”或新元素就是镧，本来他们已走到了铀核裂变的大门口，可是他们却没有迈出这关键的一步。

   １９３８年１２月德国化学家哈恩和斯特拉斯曼重做伊丽芙.居里和萨维奇的实验，并进行了仔细分析，发现用中子轰击铀核的产物中有钡的放射性同位素(它可以由于衰变而成为镧) ，钡的原子序数是５６，这意味着铀核分裂成了两个中等质量的核。按通常观点，中子只能从核中撞出质子或氦核，怎么能撞出钡这么一个“大颗粒”呢？他们虽然坚信自巳实验的正确，并写出论文如实报道了实验结果，但对这一结果感到无法理解。哈恩的论文还未发表，就写信告诉了他工作中的长期合作者莉泽.迈特纳，迈特纳正在斯德哥尔摩诺贝尔研究所工作，她和她的侄子奥托.弗里希对哈恩的发现进行了反复分析，根据玻尔的原子核的液滴模型，认识到哈恩的发现确实说明铀核发生了分裂，并根据爱因斯坦的质能方程计算出一个铀核裂变分裂时要释放出约２００兆电子伏的能量。

    当弗里希将这一重大发现告诉玻尔时，玻尔拍了一下自巳的前额，大声说：“我们怎么能那么久没有发现这一点呢？正应该如此。”

    约里奥得知这一消息后，他把自已锁在房间里并几天都不和任何人说话，他为再一次与重大科学发现失之交臂而懊丧。但在以后的几天里他独立地推断出由裂变产生的巨大能量释放，并考虑到链式反应的可能性。

    约里奥.居里夫妇不愧为第一流的科学大师，虽然错过三次重大发现的机会，但每一次他们都能迅速从遗憾和沮丧中振奋起来，吸取教训，进行下一步的研究工作，表现出顽强的意志和高超的科学素养。在他们错过正电子的发现后，重新开动他们的云室，试图在实验中寻找正电子，他们用a粒子轰击铝核，生成一种磷的放射性同位素，这种同位素衰变时再放出正电子，从而终于发现了人工放射性，摘取了诺贝尔奖这一桂冠。

                      (原载《中学物理教学参考》1993年11期)