王淦昌

1941 年秋，浙江大学在贵州遵义避难，王淦昌的肺结核正重，课也减了。没有实验室，没有仪器，国外期刊要半年才寄到，还是几包一起到。他能做的只有读——把十年来所有想证明中微子存在的实验翻出来，一篇篇看它们卡在哪里。

那年 10 月，他把一页多纸的短信寄给美国的《物理评论》。信里的想法简单到几乎一句话就能说完：别再盯着普通的 β 衰变了，去看 K 电子俘获。 三个月后信刊出，又过两个月，美国已经有人按这个办法动手做了。

从化学系门口转回来

王淦昌 1907 年生在江苏常熟，父母在他 4 岁和 13 岁时先后去世。1925 年考进刚设大学部的清华，起初最喜欢化学，是叶企孙的普通物理课把他拉到了物理系。1928 年吴有训来到清华，讲近代物理时把密立根油滴、卢瑟福散射这些实验一个个拆开讲；王淦昌 1929 年毕业后就留下来给吴有训当助手，测清华园周围空气里的氡气含量，写出了他的第一篇论文。

1930 年他考取江苏省官费，去了柏林。他本想跟盖格，盖格的学生太多，就转到了威廉皇家化学研究所的迈特纳门下，做当时最热门的题目之一：β 射线的能谱。1933 年底他以钍系几种核素的 β 谱通过博士答辩，论文次年登在《物理学杂志》上。

柏林：一个没做成的实验

中文世界讲王淦昌，几乎都要讲这一段：1930 年德国的博特与贝克尔发现，用 α 粒子轰击铍会放出一种穿透力极强的中性辐射，他们认定是高能伽马射线。刚到柏林的王淦昌对这个解释起了疑心，向迈特纳提议用云室把实验重做一遍，看清这种辐射到底是什么——据他后来的回忆，迈特纳没有同意（流行的版本说他提了两次）。1932 年，查德威克在剑桥证明那是一种新的中性粒子：中子，并因此获得 1935 年诺贝尔物理学奖。

于是有了「王淦昌差一点发现中子」的说法。这件事要分两层看：

• 提议本身只有他本人的晚年回忆为证，目前没有见到 1930–1931 年的书信或笔记可以印证。许多转述还加上了「只差一步」「与诺奖擦肩」之类的评语，那是后人的发挥。
• 有云室不等于能认出中子。 1932 年 1 月，巴黎的约里奥-居里夫妇已经看到这种辐射能把石蜡里的质子打飞，却仍把它解释为伽马射线。查德威克的关键一步不是「看见」，而是用连着放大器的电离室分别测量被打出的氢核和氮核的反冲，从两者的比值算出这种中性粒子的质量与质子相当。云室能拍到反冲质子的径迹，但要得出「中子」这个结论，还需要同样的定量论证。

所以更站得住的说法是：一个二十三岁的研究生对一个权威结论起了正确的疑心，但这离发现中子还隔着好几步。

遵义的一页纸

中微子是泡利 1930 年为救 β 衰变的能量守恒而假设出来的，1934 年费米把它写进了 β 衰变理论。可它不带电、几乎不与物质作用，十年间没有人能拿出一个干净的实验证明它真的存在。当时最接近的是测原子核的反冲：如果 β 衰变里只有核和电子，两者的动量应当正好相反；实际测到的对不上，说明还有第三个东西带走了动量。1938–1939 年密歇根大学的克兰与哈尔彭就这样做过，但普通 β 衰变的末态有三个粒子，能量和动量在电子与中微子之间随机分配，反冲核的能量是一片连续谱，从里面很难干净地抠出中微子来。

王淦昌的信一开头就说，既然不能靠电离效应探测中微子，那么测反冲元素的能量和动量几乎是唯一的希望。接着是关键的一步：如果一种 β⁺ 放射性核不放出正电子，而是俘获一个 K 层电子，那么

$${}^{7}\mathrm{Be} + e^-_K \to {}^{7}\mathrm{Li} + \nu_e$$

末态就只剩下两个粒子。反冲核的动量只由中微子决定，每一次俘获的反冲能量都一样——测到这条单能的线，就既证明了中微子的存在，又能从它的位置推出中微子的质量。他举的例子正是铍 7。

反冲只有几十电子伏

难处在于这个反冲实在太小。锂 7 的静能约 6535 MeV，中微子带走的约 0.86 MeV，锂核得到的动能是

$$E_R \approx \frac{E_\nu^2}{2Mc^2} \approx 57\ \text{eV}$$

王淦昌手头的质量数据是 1 MeV，他估出 77 eV；他在遵义并不知道，1940 年美国已经有人测到了更准的值。几十电子伏的原子，连穿过样品表面一层薄薄的杂质都会损失能量。

1942 年 3 月，堪萨斯州立学院的艾伦把铍 7 蒸镀在铂片上，用电子倍增管数反冲的锂离子。他测到的最大反冲能量约 40 到 45 eV，比预期的 58 eV 低；他还检查了反冲是不是伽马射线造成的，符合计数不到应有值的百分之二——反冲确实来自中微子。但样品太厚，他没能看到那条单能的线。

又过了十年。1952 年 1 月，艾伦和罗德巴克改用气态的氩 37，用飞行时间法第一次看到了单能的反冲核；同年春天，布鲁克海文的戴维斯用几乎只有单层原子厚的铍 7 样品，测得锂核的最大反冲能量为 $55.9 \pm 1.0$ eV，与理论完全吻合。王淦昌的建议至此完整实现。1986 年，李炳安与杨振宁专门写文章回顾这段历史，称它「是一篇极有创建性的文章」。

这里也要说清它的边界：反冲实验证明的是有一个看不见的东西带走了确定的动量，这是中微子存在的强有力证据，但还不是「中微子与物质发生作用、被探测器抓住」。后者要等到 1956 年雷恩斯与考恩在反应堆旁完成。所以说王淦昌「提出了探测中微子的方法、因此错过诺奖」是把两件事混在了一起；更准确的说法是，他在最困难的条件下，为证实中微子存在找到了一条最干净的路。他自己晚年说得更朴素：「我想出来的实验，由外国人做出来，而不是在中国由我们自己做出来，这是很可惜的。」

杜布纳的四万张底片

1950 年王淦昌到北京的近代物理研究所，主持宇宙线研究，把从伯克利带回的云室搬进实验室，又参与在云南落雪山建起海拔三千多米的宇宙线观测站。1956 年，苏联与中国等国在莫斯科郊外的杜布纳成立联合原子核研究所，他作为中方的高级研究员留在那里，1959 年起任副所长。

他选的方向是：趁那台 10 GeV 同步稳相加速器暂时领先，用高能 π 介子去撞原子核，找新的反粒子。他的小组自己设计了一台长约半米、容积 24 升的丙烷气泡室，这在当时是同类中最大的。原始反应里没有反重子，末态里若出现反超子，就一定是新产生的。王淦昌定下三条挑选标准，亲自示范怎么看片子；在四万多张 8.3 GeV/c 负 π 介子的照片里，他们找到一个事例：一个带正电的粒子飞了一小段，衰变成

$$\overline{\Sigma^-} \to \bar n + \pi^+$$

那个看不见的反中子在不远处撞上碳核湮灭，炸出一颗大「星」。运动学计算只与反西格玛负超子相符。事例在 1960 年 3 月确认，7 月发表——这是人类第一次看到带电超子的反粒子，也是联合所建成后的第一项重大成果。

事后的回忆有几处对不上：库兹涅佐夫记得是 1960 年一二月间的大雪天找到的；王淦昌晚年说自己 1959 年夏天的基辅会议上就报告过这个事例，但会议纪要与中科院档案显示，他在基辅报告的是另一个后来没能证实的「D⁺ 粒子」。

王京

1960 年夏苏联撤走援华专家，年底王淦昌的副所长任期届满，决定回国。1961 年 4 月，二机部部长刘杰和钱三强请他参加原子弹研制，他当即答应，进入专门负责核武器的二机部第九研究所。从那时起他改名王京，不再在学术期刊上发表论文，负责原子弹的物理实验。

这是他从没做过的活。要让原子弹炸响，先得弄清炸药怎样把核材料均匀地压缩到超临界——他五十四岁重新学炸药学和爆轰力学，一边学一边给年轻人上课，带队在河北怀来的一个工程兵靶场做爆轰实验，1963 年又转到青海基地。1964 年 10 月 16 日，中国第一颗原子弹爆炸；1967 年 6 月 17 日，第一颗氢弹爆炸。之后他又把很多精力投到地下核试验的测试上。「王京」这个名字用了十七年。

激光打出的中子

1964 年，激光问世才四年，王淦昌就想到，这种能量高度集中的光也许能把含氘的物质加热到发生聚变。他在 10 月 4 日写下《利用大能量大功率光激射器产生中子的建议》：

$$\mathrm{D} + \mathrm{D} \to {}^{3}\mathrm{He} + n + 3.27\ \text{MeV}$$

建议里说得很克制——先设法打出中子，至于能不能由此走向可控热核反应，「暂不在此讨论」。同年 12 月他把稿子交给上海光机所的邓锡铭。1973 年，上海光机所用一台 40 焦耳、4 纳秒的钕玻璃激光器照射冰氘靶，第一次测到了中子。

同一年，苏联的巴索夫和美国的道森也公开发表了用激光加热等离子体的设想。王淦昌的建议当时没有发表，他是独立想到的，这一点中国的研究者有档案为证；但因为没有公开，国际上讲惯性约束聚变的源头，通常从巴索夫等人 1964 年前后的论文和 1972 年利弗莫尔实验室纳科尔斯的内爆论文讲起。

晚年

1986 年 3 月，七十九岁的王淦昌与王大珩、杨嘉墀、陈芳允联名给中央写信，建议跟踪世界战略性高技术的发展；这封信直接催生了「863 计划」。1998 年 12 月 10 日，他在北京逝世，次年被追授「两弹一星」功勋奖章。

他在浙江大学教过的学生里有李政道。在杜布纳，联合所把高能物理实验室门前的一条路命名为「王淦昌路」，那张反西格玛负超子的气泡室照片至今挂在主楼的走廊上。