劳伦斯的得和失

19　劳伦斯的得和失

恩斯特·劳伦斯（1901—1958），美国物理学家。

1939年因为发现回旋加速器以及使用加速器所取得的成果，特别是有关人工放射性元素方面的成果，获得诺贝尔物理学奖。

美国物理学家劳伦斯

灵感突然出现

劳伦斯在加州大学工作时，因为是单身，所以晚间去图书馆已经成了习惯。

1929年春，他在图书馆冥思苦想当时还未真相大白的原子核问题，并经常翻阅各种科技杂志。一天晚上，他的灵感突然出现，使他的生活从此发生了巨大的变化。据他的同事珀奇教授后来回忆：

“这是一件很不寻常的事，我已记不得是发生在哪一天了，只记得他当时没有拿笔记本。很有可能是1929年2月。”

劳伦斯后来的回忆是这样的：

1929年初的一天晚上，我到大学图书馆翻阅当月的期刊，在一本德国电力工程杂志上，我看到了维德罗写的一篇关于多次加速正离子的文章。……

但是他很快发现维德罗的方案不适合于实验室使用，原因是如果按照维德罗的方案，想把正离子加速到需要的速度，排列成直线的管子数量太多。但如果管子太多太长，被加速的离子就会像枪弹射击一样，在它们还没有达到预期的百万伏加速度之前，早已穿过管壁飞散了。

这时他开始想入非非了……脑子里旋转着许多令他眼花缭乱的离子，它们边旋转边往下落。他像在梦中一样……旋转，对了！必须旋转！他兴奋地想，只需让离子在磁铁的两极间运动，离子就会旋转，他写出了一个简单的方程。

所有这一切都发生在几分钟的时间里。他没有再往下读维德罗的文章，就径直回到家中，一头扎到床上睡着了。第二天早上刚一醒过来，他立即查看自己的笔记本，发现了他昨夜想到的一个方程mRω＝eRH。这一方程表明，等式两端的旋转半径R可以消掉，这说明带电粒子在磁铁两极间转动的频率，与旋转半径没有关系（旋转的角速度ω＝eH/m与旋转半径没有关系，只与旋转粒子的电量e、质量m和磁场强度H有关）。这可是一个了不起的发现呀！有了这个等式，在磁铁两极之间加速带电粒子就太容易了！

在清晨的阳光里，等式是那样确确实实，又是那么美妙，劳伦斯真想找个人分享自己的发现。

于是劳伦斯风风火火地闯进实验室，实验室里只有布拉迪正在做实验。劳伦斯的眼睛闪耀着热情的光芒，一把就把布拉迪拉到黑板旁。

他写下了一个带电粒子在磁场中运动的方程，然后说：

“你要注意，这个公式两边都有R，因此可以消掉。你明白这意味着什么？粒子转动速度与圆半径无关！因此带电粒子的加速度不受任何明显的限制。无论怎么加速都行！”

布拉迪仔细研究了一下黑板上的方程，也兴奋起来：

“是的，我明白了，看来真是妙得很呀！”

“R可以被消掉，你明白吗”，他又说了一遍。

布拉迪想他也许会不断重复这句话的，正想打断他的话……但是他却旋风般地冲了出去，大约又急于告诉另外的人R可以被消掉的事。

当房门关上以后，布拉迪听见走廊传来了一位研究生的埋怨声：

“瞧这人！‘砰’地一声把门打开，就像要进去杀人一样。”

后来，劳伦斯正是根据这一发现，制造出回旋加速器，可以把带电粒子加速到几百万电子伏特的能量。

1939年，他因此获得了诺贝尔物理学奖。

劳伦斯后悔莫及，他的助手说：“我们真该打自己的屁股！”

约里奥－居里夫妇偶然地发现了“人工放射性”，他们因此获得1935年诺贝尔化学奖。

在《报告》的人工放射性报道中，他们对“人工放射性”做了解释：“概括起来说，在第一次利用一种辐射源使某些原子核具有放射性以后，把激发它的辐射源撤离，原子核被引发的放射性仍可持续一段时间。”

当约里奥－居里夫妇获得这一发现后，他们立即就想到：劳伦斯的回旋加速器已经运转了一年，他们经常用被加速的带电粒子轰击各种元素的原子核，应该说人工放射性几乎包围了他，但他怎么就没有发现人工放射性呢？约里奥－居里夫妇感到十分奇怪。

1935年2月20日，劳伦斯看到了这篇报道。看完这篇文章以后，他立即明白由于自己实验设计存在的缺陷，本来可以轻而易举获得的重大发现，却悄悄地从自己鼻子尖上溜过去了。劳伦斯后悔莫及。

那么，劳伦斯的实验设计哪儿出了毛病呢？原来，劳伦斯为了加快实验的速度，将回旋加速器和盖革计数器（一种计算放射性的仪器）共用一个开关。这样，当回旋加速器关闭时，盖格计数器同时被关闭。这样的线路设计，当然就不可能知道加速器停止轰击原子核以后，盖革计数器是否仍然在继续计数；也就是说，他不可能知道在加速粒子停止轰击原子核以后，被轰击的核是否继续存在放射性现象。

看了约里奥－居里夫妇的报告后，劳伦斯立即下令让助手们改变接线的线路，让回旋加速器与盖革计数器的开关分开。然后，按约里奥－居里夫妇的意见，将一块碳靶放在被加速的带电粒子流必经之处。当运转了一会的回旋加速器停止运转以后，盖革计数器还在“咔嗒！……咔嗒！……”地响，明白无误地显示人工放射性的存在。

正如约里奥－居里夫妇预言的一样：人工放射性将非常容易在劳伦斯的实验室里重现的。

劳伦斯的学生兼助手的利文斯顿说：“这个‘咔嗒咔嗒’的声音，当时在场的人是不会有一个人忘记的。”另一位叫索顿的摇头叹息道：“我们都是一群傻瓜！我们早就该轻而易举获得这一发现的！”

劳伦斯（右）和利文斯顿（左）站在他们的回旋加速器旁边

索顿的话不假，他们以前经常轰击碳，但仅仅由于连接线路的失策，使这一可以获得诺贝尔奖的发现，轻易地让约里奥－居里夫妇在条件差得远的情形下夺走了。而且在整整一年多的时间里，都没有人想到这一点。利文斯顿的悔恨之情，由下面的一句话可以看得十分清楚，他说：

“我们真该打自己的屁股！”