科学人物-杰克?施泰因贝格尔_副本

因发现μ子中微子而荣获诺贝尔奖的粒子物理学家。

1945年,当粒子物理学家杰克 · 施泰因贝格尔(Jack Steinberger)开启其职业生涯时,科学家们对于亚原子粒子知之甚少。如今,为人所熟知的亚原子粒子已达数十种之多,其基本构造都已编入粒子物理学标准模型中。在整个过程中——从粒子的发现到将其归类——终年99岁高龄的施泰因贝格尔居功至伟。1988年,他凭借1962年开展的一项实验而荣获诺贝尔物理学奖。该项实验揭示了神秘粒子——中微子——存在两种不同的类型。

中微子几乎不与物质发生相互作用——它们可以直接穿透地球。它们不带电荷,可对“弱”核力做出反应,而“弱”核力作用于原子核内,对放射性具有支配作用。在20世纪30年代就有人预测中微子的存在,以解释放射性衰变中伴随电子释放出的无法解释的能量。施泰因贝格尔与其同事一起,证明了不只存在一种类型的中微子。他们还发现了另一种与介子相关的中微子类型(介子与稳定的电子类似,但其质量为电子的200倍,寿命也更短)。施泰因贝格尔还参与确定了夸克的性质,而夸克是质子和中子的最终组成单位。

施泰因贝格尔出生于德国的一个犹太家庭,在纳粹掌权后不久被迫离开,于1934年到达美国。在芝加哥,他在养父母的帮助下完成了高中教育,并于1938年与家人团聚。之后,施泰因贝格尔进入芝加哥大学学习化学。1942年,施泰因贝格尔从大学毕业,随后加入美国军队,研究如何利用雷达来提高飞机轰炸的精确度。

二战结束后,施泰因贝格尔重返芝加哥大学,师从首次演示核链式反应的诺贝尔奖得主恩里科 · 费米(Enrico Fermi),继续开展物理学研究。此前,费米还开展过中微子理论研究,并创造了中微子这个名称。他力劝施泰因贝格尔研究有关μ子衰变的难题。μ子是1936年在宇宙射线中发现的粒子,可分解为一个电子和丢失的能量。施泰因贝格尔认为这些能量分配给了两个而非一个中微子,并在1948年通过实验证实了这一假设。

施泰因贝格尔热衷于使用新设备、新技术,这也是其研究工作的一大特点。1949年,他加盟加州大学伯克利分校的辐射实验室,使用一台创新型加速器来研究另一种宇宙射线粒子——介子。他证明了寿命较短的电中性介子的存在,而他早前就曾从理论上计算过它的寿命。1950年,他离开伯克利分校,加入哥伦比亚大学,部分原因是他拒绝签署反共誓约。正是在哥伦比亚大学,施泰因贝格尔与其同事们进行了为他们带来诺贝尔奖殊荣的实验。施泰因贝格尔曾经的学生施瓦茨(Schwartz)发现了如何制造高能中微子束。在纽约布鲁克海文国家实验室,该团队使用了一台新加速器,还建造了一台快速探测器,使粒子的轨迹像火花的痕迹一样可以看见。

1968年,施泰因贝格尔来到欧洲,加盟欧洲核子研究中心。1983年,他利用欧洲核子研究中心的大型正负电子对撞机,领导设计和构建了一项名为ALEPH的大型实验。通过ALEPH实验,施泰因贝格尔证明了中微子的类型不可能超过三种,即电子中微子和μ子中微子,以及与1975年发现的另一种“重电子”Tau粒子有关的第三种中微子。至此,施泰因贝格尔在其博士论文中开始的故事圆满结束。

1986年,施泰因贝格尔从欧洲核子研究中心退休,但继续与ALEPH研究人员一起工作,直到20世纪90年代中期。他将自己的兴趣扩展到了天体物理学和气候变化,并在2015年与其他诺贝尔奖得主联名发表《迈瑙宣言》,敦促各国政府限制温室气体排放。

施泰因贝格尔深受爱戴和尊敬。作为实验物理学家,他直觉敏锐,才华出众;作为导师,他聪慧过人;而作为朋友,他同样情深义重。他对大自然的运作方式怀有浓厚的兴趣,喜欢登山探奇、远航观海。

资料来源Nature