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反質子,發現!|科學史上的今天:10/18

1931年,狄拉克首次預言了反物質的存在。根據他三年前提出的狄拉克方程式,大自然應該存在電子的反粒子,也就是除了電荷與電子相反是正電,其餘質量、自旋與電荷等數值都與電子一模一樣。第二年,美國物理學家安德森(Carl D. Anderson)果真從宇宙射線中發現它的蹤跡,並命名為「正子」(Positron)。這個發現鼓舞了科學家尋找另一個反物質──質子的反粒子,然而許多年過去,卻始終沒有反質子的跡象,許多人開始懷疑也許並沒有反質子,直到義大利物理學家塞格雷(Emilio Segrè, 1905-1989)的出現。

塞格雷。圖片來源:wikipedia

塞格雷正是在狄拉克方程式問世那年,從粒子物理大師費米手中取得博士學位。然後在1936年,也就是安德森因為發現正子而獲得諾貝爾物理獎這一年,塞格雷來到美國加州大學柏克萊分校,參觀發明迴旋加速器的勞倫斯(Ernest Lawrence)剛成立的輻射實驗室。因為他對實驗後的輻射廢料極感好奇,第二年勞倫就送了一塊給他,塞格雷加以分析後,發現與已知的元素完全不符,就如此因緣際會地發現週期表上第一個由人工製造出來的元素鎝(technetium)。

1939年,他又回到柏克萊,這次可不是短期造訪。因為與納粹結盟的墨索里尼於1938年也頒布命令禁止猶太人在大學任職,塞格雷害怕留在國內也會面臨德國猶太人的處境,因此與妻子一起輾轉來到柏克萊。在這裡,他又陸續與不同同事合作,發現了新元素砈(Astatine),以及同位素氙-135與鈽-239;這兩個同位素分別成為核反應爐與核子武器必要的重要元素,塞格雷自然也被徵召加入曼哈頓計畫。

1955年10月18日,他與歐文·張伯倫(Owen Chamberlain)利用前一年剛完工,能量高達62億電子-伏特的粒子加速器,撞出質子─反質子對,終於證實了反質子的存在,兩人也因而共同獲得1959年的諾貝爾物理獎。

1974年,塞格雷趕在法定退休年齡前一年回到羅馬大學任教,彌補當年被迫離開教職與家鄉的遺憾。這位發現反質子與那麼多新元素的物理學家最後還是溯本追源,從此在祖國定居,也如願安眠於此。

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

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關於作者

張瑞棋

1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。自小喜愛科學新知,浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,更成為重度閱讀者。當了中年大叔才成為泛科學專欄作者,著有《科學史上的今天》一書,如今又因翻譯《解事者》,而多了個譯者的身分。