美国物理学家皮尔 · 弗尔班克(Bill Fairbank)于1989年9月30日在斯坦福大学校园附近漫步时因大面积心力衰竭而突然去世。他在与他同辈的科学家中可算是一位佼佼者。他在与液氦和超导性有关的低温物理学试验方面所取得的杰出成就,和他不遗余力地将低温技术用于开拓包括基本粒子、重力波和广义相对论在内的许多物理学领域所做的贡献,得到了举世公认。
在他的早期科学生涯中,他同他的小组一起进行了关于4He和3He在低温下的性质的先导性研究工作。他们于1954年采用核磁共振仪在低于0.25 K的温度下首次测定了3He的费米 - 狄拉克性质。两年后,又采用核磁共振仪发现了3He-4He的混合物在低于0.8 K的温度下出现的相分离现象。他们通过以微开尔芬温度的分辨率揭示4He转变成超流态的相变,从而发现了热容量在临界温度两侧附近有着对数发散,而在临界温度处存在不连续性。早在60年代后期,弗尔班克组就已经探测到旋转超流态4He的量子化角动量态和固态3He中的核抗铁磁性。对超流态4He的研究受到过F. 伦敦关于超流体的宏观量子性质的理论的启发,从而自然导致了对超导性的研究,因为伦敦认为这是一种类似的现象。
弗尔班克最重要的贡献,是他同他的研究生迪佛(B. S. Deaver)一起发现了超导环中的磁通量子化。在一次意外的试验中,他们观察到hc/2e的多重量子化,这既表明了超导性的宏观量子性质,也表明了在超导态中的电子成对性。后来对旋转的超导体进行的试验,包括对伦敦矩(the London moment)的首次观测,这是一种自然出现的磁矩,它同自旋速度成比例,而且也源自超导态的宏观量子性质。
后来,弗尔班克发起了一系列的雄心勃勃的试验,旨在将低温技术和元件用来研究物理学的其他领域中的激发问题,这是大家共同关心的课题。其中有三项继续成为活跃的而且重要的研究计划。第一项是以铌射濒空腔谐振器为基础的超导电子加速器,在初次显示自由电子激光方面需要这种装置的独特的性质。第二是美国国家航空和航天管理局的一项计划,旨在进行一项有关爱因斯坦的广义相对论在地球轨道中的重要试验。该项试验以灵敏而精密的低温陀螺仪为基础,对它的伦敦矩进行监测。计划在1993年作一次试验性飞行,并且大约在1996年执行一项科学使命。第三项是关于重力波的研究。广义相对论曾经对重力波作过预言,并认为在星球塌陷进中子星或黑洞的过程中,它会被发射出来。能够观测在我们自己的银河系中任何地方发生的这种星球塌陷现象的探测器已投入使用,并且还正在设计一种能够灵敏地探测在银河系的局部的室女座星团中发生的塌陷的探测器装置。
也许弗尔班克的最引起争论的试验,是探索物质中的自由分数电荷(一种可能的自由夸克标记)。在这种试验中,微型天体仪被悬置在一个两块电容板之间的磁场中。这一天体仪在振荡电场中的运动被用来测量每一个样品上所带的电荷。经过多年的细心工作,该研究小组先后报道了发现物质中的自由分数电荷的“证据”(1977年)和“观测”结果(1981年),其值为+1/3 e and -1/3 e modulo(模电荷)。1986年,在对一种与磁悬浮和电容板垂直对中之间的相互作用有关的新的系统效应进行研究和理解之后,他们作出了对1981年的结论予以修正的选择。回到先前提到过的“证据”这一措词时,他们重申,在早些时候的两套数据中得出的有关分数电荷的强有力的统计证据仍旧是令人信服的。
在过去几年中,仪器设备的进一步改善排除了这种系统效应,甚至到弗尔班克去世的前一天晚上,他还同他的学生们一起获得了新的数据。对这些最近的试验结果的分析工作还在继续进行。在这项艰巨的工作中总是显示出弗尔班克的卓越才能。他满腔热情地处理了最困难的主要的试验,为得出新的结论开辟了道路,而且从不畏惧失败。
[Nature,1989年11月9日]