物理学诺贝尔奖最近授予沃尔夫冈 · 保罗(Wolfgang Paul)等,这次颁奖是为了奖励在原子和基本粒子的研究中已经做出的根本性工作,这项工作随后就成为物理学测量的基础,而这一测量的精确性迄今尚未被超越。

在被任命为波恩大学实验物理学教授之后,W. 保罗在更广泛的领域中发挥了他的独创性。通过引入新的技术来聚焦、储存和分离原子与分子,他为研究原子和分子建立了新的基础。他先前在格廷根的6兆电子伏电子感应加速器的工作唤起了他对粒子加速器的兴趣,这一兴趣导致的结果是在保罗的领导下在波恩建造了具有更高能量的电子加速器。在所有这些广泛的、不同领域中进行的活动是富有成效的,它使保罗发展了这些新技术,为此他在1989年被授予诺贝尔奖。

沃尔夫冈 · 保罗于1913年8月出生于洛伦茨基希,在慕尼黑长大,后来他在慕尼黑学习物理学。他还在柏林和基尔学习过,并且在汉斯 · 科普菲曼(Haus Kopfermann)的辅导下于1939年获得哲学博士学位。1942年他随科普菲曼到格廷根,于1944年获得在格廷根大学任教的资格。1952年他被任命为波恩大学实验物理学教授,在这里他一直担任物理学研究所所长之职(尽管有人多次提议其他人担任),直至1981年辞职。

他的辅导老师科普菲曼把他的兴趣引导去研究原子的相互作用与性质。传统的光学光谱学方法是他工作的基础。然而,保罗在早期就以一种独特的方式着手发展新颖的能进行新的原子测量的实验技术。他所发明的新技术之一是通过由他和赫尔穆特 · 弗雷德贝格(Helmut Friedberg)共同发展的6级磁场来聚焦不带电的原子束。这种聚焦方法后来被C. H · 汤斯(Townes)运用在他首先发明的微波激射器中。

原子和分子研究中存在的主要问题是实验者希望使被研究的粒子处于明确规定的量子态并免于外部微扰。在这方面,拉比(Rabi)发展的粒子束方法是个很大的进步。但是,要运用这种方法产生更高的电子束强度是很困难的。通过运用磁透镜和静电透镜,保罗为许多新测量技术奠定了基础。这使人们能够按明确规定的角动量来配置原子和分子,能够研究原子和分子的相互作用的角度依赖性(the angle dependency),能够对化学反应进行详尽的观察。另一种运用就是分子束谐振的方法:在测量之前使分子置于特定的电磁场,分子就被诱使去做特殊的量子跃迁,这样相互作用的组成部分就能够被分离开来。

另一个重要问题是不同质量的原子或分子的分离。还在格廷根的时候,保罗就开始对此问题进行研究。随后,在建造波恩500兆电子伏电子同步加速器的同时,他研究发现不久的“强聚焦原理”,并且打算把这一原理用于分子和原子。为了解决所遇到的某些数学问题,他指定要波恩的赫尔伯特 · 施太因温德尔(Herbert Steinwedel)参加,他们共同发明了一种新的质量分光仪,这种分光仪运用了电器吸场。事实证明,这种“保罗质量分光仪”在许多新实验和研究中是基本的工具。这种新的质量分光仪既小又轻,因此在高层大气的探测中起着重要作用。

但是,另一个基本的实验问题,即对粒子进行长时间的不受干扰的观测,不可能用粒子束流方法来解决,因为粒子在仪器之内的运动时间为任何观测规定了自然上限。由于海森伯的不确定性原理,粒子运动的时间间隔决定了这一实验的能量分辨率。因此,实验者希望用一个“笼子”(Cage)来尽可能长时间地锁住这些粒子,保罗用“保罗陷阱”即交流电场与静电场的组合来帮助这些实验者。氮离子就是在“保罗陷阱”中收集和分离出来的第一种粒子。从此,粒子的储存与检测方法大大改善,以致单个原子和电子能被分离出来并保持数月,它导致了空前精确的原子测量。近来已经发现,离子笼(ion cage)有更广泛的新用途,它不仅在物理学中而且在化学中运用;此外,作为一般技术它还能用于快速、敏感的质量分光仪。当然,观测单个的量子系统本身就是令人感兴趣的,近来对钡原子的“量子跃迁”进行的测量已经证明了这一点。

保罗还把这些方法运用到其他粒子上。他把兴趣暂时集中在极化电子的产生所包含的问题上,对于粒子加速器的实验来说这些问题是很重要的。经过努力,保罗能够成功地用波恩2.5兆电子伏电子同步加速器来加速极化电子。中子储存环的建成更进一步证实了他的成就。既然中子没有电荷,它们就只能通过超导线圈的非常强的磁场来聚焦。在格雷诺伯的高速中子流反应堆中进行的实验已经以新的方式更准确地确定了自由中子的生存时间;对于理解我们宇宙的演化来说,自由中子的生存时间的确定是十分重要的。

保罗的工作是绝非这些话所能恰当描述的。他对波恩的物理学研究所以及国外进行的高能物理学研究都产生了决定性的影响;对于许多物理学家来说,他为粒子物理学的许多惊人成就铺平了道路。除了所有这些工作之外,他还挤出时间参加了能影响德国科学生活的几个委员会的活动,这些活动足以影响德国的科学生活。过去10年间他一直担任亚力山大 · 冯 · 洪堡基金会会长之职。

面对保罗的科学工作,人们会问一个人怎么能做这么多的工作呢。其秘密就在于保罗有这样的个性:他始终感兴趣的是把新的科学想法与把他的科学好奇心传输给年轻科学家的才能结合起来,给年轻科学家们以实现他的科学好奇心的自由,与他们共享他们成功的欢乐。他的许多学生已经迈入了学术生活圈,并且当上了讲师和教授。

[Universitas,1990年第2期]