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赵忠尧


[公元1902年-1998年,核物理学家]

   赵忠尧(1902——1998),核物理学家。1902年6月生于浙江省诸暨县。1920年考入南京高等师范学校数理化部,毕业后曾去浙江吴兴师范学校任教,半年后返回东南大学(1923年南京高等师范学校改建为东南大学),任物理助教并补修物理系课程。1925年东南大学毕业后,去清华大学任助教。
  1927年到美国,在加利福尼亚理工学院从师1923年诺贝尔物理学奖获得者R.A.密立根教授。密立根教授让赵忠尧测量硬γ射线通过各种物质时的吸收系数,以验证克莱因仁科公式的正确性。1929—1930年间,赵忠尧和英国剑桥大学卡文迪许实验室的塔兰特(C.T.P.Tarrant)、德国威廉化学研究所的迈特内(L.Meitnet)和霍普菲(H.M.Hupfeld)同时发现重元素对于硬γ射线有一种反常吸收。当时把硬γ射线被吸收的原因主要归结为康普顿效应,即入射光子的一部分与物质中的自由电子γ相碰撞,把一部分能量传递给电子,然后能量减少(波长增长)了的光子与入射方向成一定角度散射出来。康普顿效应总的结果是:在入射方向上γ射线的强度因吸收而减弱,同时在其他方向上形成散射辐射,散射辐射的波长随夹角变大而变大。这种效应是康普顿(A.H.Compton)在1923年研究X射线时发现的。计算这种吸收系数的公式则由克莱因(O.Klein)和仁科芳雄(Y.Nishina)根据狄拉克的相对论电子论刚刚推导出来。赵忠尧在测量这种硬γ射线在好几种物质中的吸收系数后发现,射线只在通过轻元素时吸收的情况才与公式相符,当通过重元素时,出现了反常现象,实际吸收量大于公式给出的量。这显示存在一种“反常吸收”。他将实验结果《硬γ射线的吸收系数》发表在《美国国家科学院院报》上。为了探索“反常吸收”的机制,他进一步进行硬γ射线被铅散射的实验,结果发现除了康普顿散射以外,从铅还放出一种”特殊辐射”。当时测定的这种特殊辐射的强度大致是各向同性的,并且每个光子的能量与一个电子质量的相当能量很接近。这一结果表明,γ射线在重元素中的特殊吸收不是由康普顿效应引起的,它揭示了一种新的反应机制。从对这些结果的分析中他断定反常吸收是原子核所引起的。赵忠尧又把这项实验结果《硬γ射线的散射》发表在美国《物理评论》杂志上。2年以后,C.D.A安德森在宇宙线的云室照片中发现正电子的径迹。人们才认识到上述的“反常吸收”是由于部分γ射线在原子核周围转化为正负电子偶,而特殊辐射则是正电子与负电子重新结合并转化为两个光子的湮没辐射。这种特殊辐射的发现是正电子发现的前奏,也是狄拉克电子论的实验论证中重要的一环。为此,安德森发现了正电子。而赵忠尧研究的硬γ射线通过重物质时产生的反常吸收和特殊辐射,事实上是正负电子对的产生和湮灭过程的最早的实验证据。这些结果是在安德森发现正电子前两年得到的。所以,赵忠尧实际上是最早观察到正负电子对产生的物理学家之一,又是最早观察到正负电子湮没现象的人。但赵忠尧本人当时不能仅凭他的实验结果得出存在正电子的结论,然而他的研究成果给他人以启发。正电子的发现者安德森于1983年出版的著作中就曾提到他受到赵忠尧实验结果启发的事实。此外,提出正负电子对产生和湮灭机制的意大利科学家欧查里尼(G.P.S.Occhjalini),在事隔50年之后也高度评价赵忠尧的研究成果对正电子研究工作的贡献。同样,赵忠尧的实验和狄拉克的方程,使人们认识到宇宙间存在着反物质。在往后的年代里,各种基本粒子的反粒子都被陆续发现。所以,1979年,丁肇中教授在西德同步辐射中心佩特拉加速器落成典礼上向与会的十多个国家上百名科学家介绍赵忠尧时说:“这位就是正负电子产生和湮灭的最早发现者:没有他的发现,就没有现在的正负电子对撞机。”
  1930年,赵忠尧在美国加利福尼亚理工学院获哲学博士学位。1931年,他访问英国,在剑桥大学卡文迪许实验室与核物理大师卢瑟福相见。1931年,“九·一八”事变后,为了实现科学救国的夙愿,年底回到清华大学任教,组建核物理实验室。期间,他曾利用盖革计数器进行γ射线、人工放射线和中子物理的研究工作。研究结果《硬γ射线与原子核的相互作用》与《Ag、RH、Br核中的中子共振能级的间距》两篇文章发表在英国《自然》杂志上,核物理大师卢瑟福在他的前一篇论文前加了按语,说这一实验结果提供了正负电子对产生的又一证据。
  1937年,“七·七事变”之后,赵忠尧不愿在日本人占领的地方做事,率先离开了北京。不久,清华、北大南迁,赵忠尧也随同迁到长沙。随后,清华大学又有再迁四川云南的计划。此时,时任云南大学校长的熊庆来先生,申请得到一批中英庚款补助,多方聘请教师。赵忠尧就是在这时受聘到云南大学物理系进行研究和教学的。赵忠尧到校后,和傅承义老师一起吸收费米、维格纳、贝特(三位是以后的诺贝尔物理学奖得主)当时的研究成果,就银原子核中不同能量中子的共振吸收问题进行研究,获得成果并写成论文《银原子核中不同能量中子的共振吸收》,发表在1938年8月《云南大学学报》创刊号上。可见赵忠尧、傅承义的研究已处于当时核物理研究的前沿。
  赵忠尧到云南大学主要教授物理和数学。他平易近人,诲人不倦,认真负责的作风给学生留下深刻的印象。同时,他认为实验是物理学发展的源泉,所以十分强调学习实验技术和培养自己动手能力的重要性,深受师生的尊敬和爱戴
  1938年秋,清华、北大、南开三所大学迁到昆明,在昆明组成西南联大,赵忠尧再回西南联大任教。赵忠尧虽然在云南大学任教的时间不长,但他对云南大学的发展作出了很大的贡献,为云南大学物理系尤其是核物理专业的发展奠定了基础。赵忠尧对云南大学也产生了深厚的感情。1995年10月他荣获香港“何梁何利基金科学与技术进步奖”后,将获得的10万元港币作为基金,以其利息作为奖学金,奖励他学习和工作过的五个大学:北京大学、清华大学、云南大学、中国科技大学、东南大学的物理系二年级优秀学生。“赵忠尧奖学金基金会”的评审由中国科学院院士与这五个大学物理系的系主任组成。每年评选一次,每校各评出一名。我校已有李祝莲、廖毅、赵智云等同学获得此殊荣。
  赵忠尧为人正直、纯朴,在工作、生活各个方面都坚持实事求是的原则。他在反右和“文革”中都受到冲击,不仅被视为“反动学术权威”,并以“特务嫌疑”之“罪名”被关进牛棚。但是,不论在什么环境下,他都一如既往地关注着世界科学的发展和中国的进步,直到1998年逝世。


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