唐纳德·格拉泽

1949 年格拉泽离开加州理工学院时，导师卡尔·安德森的黑板顶上写着一行字：「今天我们对『钩子』做了什么？」「钩子」是宇宙线云室照片里那些 V 字形的怪径迹——一类谁也没预言过的新粒子。刚毕业的格拉泽把这个问题带到了密歇根，两年后用一根拇指大小、装着乙醚的玻璃管给出了答案。

气泡室让粒子物理从「等宇宙线送来一张好照片」变成了「在加速器旁边成批地拍」。可发明它的人只在这个领域又待了九年，就去研究细菌了。

克利夫兰与加州理工

格拉泽 1926 年生于克利夫兰，父亲经商。他在克利夫兰高地的公立学校读书，上大学时在克利夫兰爱乐乐团拉中提琴——音乐是他一生的爱好。1946 年他从凯斯理工学院毕业，学士论文用电子衍射研究蒸镀在晶体上的金属薄膜。

同年秋天他进了加州理工，在卡尔·安德森手下做宇宙线：测海平面上高能介子的动量谱。这是云室的全盛时期，也正是罗切斯特与巴特勒 1947 年在云室照片里发现 V 粒子之后的那几年。在加州理工他还常去听物理学家出身的生物学家德尔布吕克的讨论班——那是细菌遗传学刚起步的时候。这颗种子要过十几年才发芽。

探测器缺的是什么

1949 年秋，格拉泽到密歇根大学任教。他想研究奇异粒子，但手头的工具都不合用。

云室里是气体，密度太低，奇异粒子几乎从不在气体里产生，只能在云室上方的铅板里产生、再飞进来衰变，产生点与衰变点对不上，「协同产生」这样的基本猜想都难以验证。核乳胶密度够，可中性 V 粒子要飞几厘米才衰变，在一叠乳胶里很难把衰变和母事件配对。有人把云室充到 300 个大气压来提高密度，可这种机器笨重，两次膨胀之间要等 15 到 30 分钟。

他要的是一种密度高、体积能做到几十上百升、径迹一眼就能扫描、又能精确测量的探测器。还有一个约束：几 GeV 的质子同步加速器即将投入运行，每隔几秒出一个脉冲，探测器也得几秒钟循环一次。

列出所有的「不稳定」

任何能看见单个粒子的探测器都要靠某种放大：盖革计数器靠气体在强电场下击穿，乳胶靠显影时的化学不稳定，云室靠过饱和蒸气的热力学不稳定。格拉泽把能想到的不稳定性逐个列出来——单体聚合、强电场、过冷液体、过热固体、过热液体——再按「能不能几秒钟复位」一条条划掉。化学的和固体的都复位太慢，剩下的是过热液体。

云室是让蒸气过饱和、等离子上凝出液滴；他要反过来，让液体过热、等粒子沿途「种」出气泡。难点在于粒子留下的能量够不够吹出一个能长大的泡。表面张力要尽量小、蒸气压要尽量高，算下来液体得热到接近临界点。他选了乙醚：表面张力小、临界温度与临界压强都低，便宜又容易提纯。按他的模型，沸点只有 34.6°C 的乙醚要在一个大气压下加热到约 140°C 才会被辐射触发。

这么大的过热度真能维持住吗？他去查物理化学文献，找到 1924 年三位化学家的论文：乙醚在 130°C、一个大气压下能过热保持几个小时，到 140°C 就会隔一阵「任性」地爆沸一次。他们列了 30 个等待时间来说明这种任性。格拉泽一看，这组数符合平均约 60 秒的泊松分布；而按他们仪器的尺寸估算，宇宙线加放射性本底的计数率也是约 60 秒一次。

一管乙醚

1952 年，他在一根厚壁毛细管里封进乙醚，一头加热到 140°C，另一头冷却降压，让液体过热。拿钴 60 的 γ 源一靠近，热乙醚立刻剧烈沸腾，「就肉眼所见是瞬间的」。

接着要回答更要紧的问题：气泡是不是沿着粒子径迹排列？他做了一批派热克斯玻璃小室，每个装几立方厘米乙醚，泡在热油浴里，用手摇活塞降压，以每秒 3000 帧的高速摄影拍下沸腾开始的瞬间——有时沸腾正是沿着一条清晰的径迹开始的，气泡在 300 微秒内长到一毫米以上。改成每 10 秒自动膨胀一次、由竖直排列的盖革计数器望远镜触发氙闪光灯拍照之后，他拍到了宇宙线粒子干净的气泡径迹。1953 年的《物理评论》短文宣告：气泡室能对最小电离粒子做精密测量。

他后来承认，最初设想的成泡机制——沿径迹偶尔产生的同号离子团靠静电排斥撑开气泡——是错的，真正起作用的是局部加热的「热斑」。但两种理论给出几乎相同的标度律，他据此估算的氢（约 27 K）、氘、氦、氟利昂、丙烷、氙的工作温度全都对。

啤酒的传说

流传最广的说法是：格拉泽盯着一杯啤酒里升起的气泡，想到了气泡室。据《今日物理》的讣告，格拉泽本人否认这一点。

他在 1960 年诺贝尔演讲里讲的是另一回事：动手做细致的计算与实验之前，为了不漏掉简单的可能性，他把几瓶啤酒、姜汁汽水和苏打水拿进实验室，尽量加热后，在放射源旁边和远处各开一次——起泡看不出什么差别。他顺带解释说，水恰恰是做气泡室最不合适的液体：表面张力大，临界压强高。也就是说，啤酒出现在这个故事里是一次否定性的小试验，不是灵感的来源。维基百科还转述他 2006 年一次讲座里说曾用啤酒灌过早期原型，原始报道这里没能查到，不采用。

午餐桌上的邻座

1953 年 4 月下旬，格拉泽去华盛顿参加美国物理学会年会。他的 10 分钟报告排在周六下午最后一个——会议的最后一个报告，那个年代飞机慢，到这时听众寥寥。据阿尔瓦雷茨 1968 年的诺贝尔演讲，第一天午餐时格拉泽恰好坐在他左边，担心没人听自己的报告；阿尔瓦雷茨承认自己也不会去听，就请他当场讲讲。格拉泽拿出小玻璃泡里的径迹照片，强调玻璃必须绝对干净。

阿尔瓦雷茨当晚就和同事克劳福德商量：回伯克利立刻开始做液氢气泡室，要做得比格拉泽设想的大得多。克劳福德回程专门在密歇根停下来学了格拉泽的技术。

格拉泽自己也想要氢——氢核就是单个质子，事件最好解读——可密歇根没有低温设备。他去芝加哥大学与希尔德布兰德、纳格尔合作，他们 1953 年证明了过热液氢对辐射灵敏；伯克利的技术员伍德不久拍到了液氢里的第一批径迹。格拉泽回到密歇根继续做碳氢化合物和重液体：1954 年，他和研究生拉姆把一台 15 厘米的丙烷气泡室带到布鲁克海文的 Cosmotron，迈耶与佩尔随后加入。据格拉泽说，这是第一台用于高能物理实验的气泡室。

伯克利与诺贝尔奖

1959 年格拉泽转到伯克利，带去一台 30 厘米、21 升的氙气泡室，在 Bevatron 上研究 K 介子的产生与衰变。诺贝尔自传列出了他这几年的成果：Λ⁰ 超子、K⁰ 介子与 Σ⁰ 超子的寿命、衰变方式与自旋，π 介子产生这些粒子的微分截面，π–质子散射，非轻子超子衰变中的宇称破坏，K⁺ 衰变的分支比。

1960 年，34 岁的格拉泽独得诺贝尔物理学奖，理由只有一句：发明气泡室。他在演讲里展示的最后一张大装置照片，是阿尔瓦雷茨那台 180 厘米、500 升的液氢气泡室——当时世界上最大的一台。

转身：细菌与癌变

诺贝尔奖之后不久，大约 1961 年（诺奖官网的补记写 1962 年），格拉泽离开了粒子物理。《今日物理》的讣告说，他更喜欢小团队作战，而气泡室实验正在变成几十人的大工程。他在麻省理工学院与哥本哈根各访学一个学期，然后在伯克利的病毒实验室研究细菌、噬菌体、细菌的演化与细胞生长的调控。

他把物理学家的习惯带了过去。气泡室实验要从成千上万张照片里挑事件，他就想让机器替人看培养皿：1966 年他与沃滕伯格发表了一套系统，在环境箱里自动培养大量细菌菌落，再由计算机控制的飞点扫描仪逐个识别、计数。后来他和学生发现，培养的中国仓鼠卵巢细胞里某些突变会让细胞对紫外线异常敏感、并可能因此癌变；涉及的七个基因人类也有，同样的缺陷在人身上导致着色性干皮病——患者只有避开日光才能过正常的无癌生活。

Cetus

1971 年，格拉泽与罗纳德·凯普、彼得·法利等人创办了 Cetus 公司，他任科学顾问委员会主席。诺奖官网补记称它是「第一家生物技术公司」。Cetus 做过干扰素、白细胞介素等抗癌疗法；1980 年代，公司的一位化学家穆利斯在那里发明了聚合酶链式反应（PCR）。1991 年 Cetus 被 Chiron 公司收购。

看见运动

分子生物学越来越工业化、越来越依赖昂贵的生化设备，格拉泽又转向了另一个老兴趣：神经生物学。1980 年代他在剑桥的罗兰研究所待过一段时间，之后在伯克利研究人类视觉。

视觉系统占了大脑皮层约三分之一的神经元，线路图也知道得相对详细，这让他可以像物理学家那样工作：搭一个计算模型，让它预言人和猴子能看见什么，再用心理物理实验与电生理记录去检验。他的模型描述了运动与深度的知觉，还预言了两种出人意料的运动错觉，晚年他一直在用实验验证它们。

后来

格拉泽在伯克利同时是物理学教授和分子与细胞生物学教授，2013 年 2 月 28 日在伯克利家中去世，享年 86 岁。

他发明的东西在 1960 到 1980 年代统治了粒子物理：Ω⁻、弱中性流都是在气泡室的照片里找到的。可气泡室有个他在诺奖演讲里就承认的短处——粒子留下的「潜像」寿命不到万分之一秒，无法像云室那样先由计数器判断有没有好事件再膨胀，只能盲拍。对撞机时代的事件率一上来，它就让位给了电子学探测器。倒是他研究过的那几门生物学，至今仍在蓬勃生长。