文档介绍：《科学文化评论》第7卷第4期(2010):
科技中国
20世纪中国粒子物理学史的分期、脉络及特点述评
丁兆君作者简介:丁兆君,中国科技大学校史馆馆员。
摘要本文大致按照时间顺序,选取若干坐标事件,将20世纪分为四个阶段,阐明我国粒子物理及其各分支学科的发展脉络,并论述20世纪我国粒子物理发展各阶段、各分支学科的特点。
关键词粒子物理高能物理宇宙线加速器
粒子物理(高能物理)“粒子物理”与“高能物理”是基本重合的概念范畴,二者在大多数场合下通用。理论家惯于使用“粒子物理”,而实验家则倾向于使用“高能物理”。本文论述亦基本沿此惯例。
是当今物理学乃至自然科学中最前沿的学科之一,其发展带动着相关学科的进步,是显示度较高的一门学科。自1901年颁发诺贝尔奖至今,170余位诺贝尔物理奖获得者中,大约有50位与粒子物理研究相关,是物理学中获诺贝尔奖最多的一门分支。粒子物理学科在我国的建立与发展具有“中国特色”,且在其每一个发展阶段都各具特色,各有其经验与教训,值得我们不断去总结、归纳与借鉴。
1949年,中华人民共和国成立,中国科学院随后成立,国内从事物理学研究的机构与人员得到重组与集中,海外的华裔物理学家也陆续回国,从而为粒子物理学科在中国的形成奠定了基础。1966年,“文化大革命”爆发,如其它学科一样,粒子物理在科研、教学方面都立遭停顿。“文革”结束后,《高能物理》、《高能物理与核物理》相继创刊。至1981年高能物理学会成立,粒子物理学在中国逐渐完成了其建制化过程。由此,笔者取新中国成立、“文革”爆发与高能物理学会成立作为坐标事件,将20世纪分为四个阶段,分述如下:
一萌芽、奠基阶段(1900-1949)
这一时期,粒子物理在我国尚依附于核物理而获得发展,尤其受到了“核物理热”的推动。其主要成就由赴海外深造的留学生、访学人员完成。“非独立性”是这一阶段我国粒子物理的主要特点。
1. 20世纪上半叶国际粒子物理研究的进展
20世纪的上半叶,正值现代物理学蓬勃发展的阶段。自相对论与量子力学创立以来,原子物理、原子核物理相继得到飞速发展,在此基础上,粒子物理学也随之而萌芽、产生了。
在早期的原子物理、原子核物理研究中,电子、光子、质子、中子先后被发现,“基本粒子”的概念逐渐形成。而为了研究高速运动的微观粒子,人们将相对论与量子力学有机结合,发展出量子场论。通过量子场论的研究,物理学家先后预言了正电子、介子等粒子的存在。此种预言结果都通过对宇宙射线的研究而得到证实。
在研究微观粒子的过程中,首先不可或缺的是探测技术的运用,而依靠验电器计数、照相底片显影等进行粒子观测的手段也越来越不能满足精确实验的需要。为此人们发明了各种粒子探测器。早期的基本粒子研究对象基本局限于核反应中的放射线与宇宙射线,能量、强度受到很大限制。为此,物理学家发展出了各种类型的粒子加速器,粒子加速技术得到不断发展。
经过了第二次世界大战的有力推动,原子核物理得到迅猛发展。随着核物理研究的深入及其水平的提高,其学科内部逐渐产生了一个独立的研究方向,并逐渐形成一个新的物理学分支──粒子物理学,其理论基础(量子场论)和实验手段(宇宙线、加速器与探测器)与核物理学一脉相承,并很快成为现代物理学研究的最前沿领域之一。
2. 早期中国学者的基本粒子研究
国人在核与粒子物理学科