科学|70亿光年外传来大新闻，8颗太阳质量瞬间消失，后羿射掉的吗？( 五 )
插曲：追溯高能γ光子产生正负电子对的实验现象
这里再讲一个关于高能γ光子产生正负电子对这一实验现象的插曲 。 今天高能天体物理过程中常常用到的正负电子对这一重要物理概念 ， 正是源于在实验室中最早发现正负电子对的核物理实验——由我国核物理先驱赵忠尧先生首次实验发现 。
1927年 ， 赵忠尧前往美国加州理工学院留学 ， 师从美国著名实验物理学家、诺贝尔奖得主密立根（Robert Millikan）攻读博士学位 。 本来密立根只给了他一个容易的题目以便让其尽快获得学位 。 可是赵忠尧却认为这项关于光学干涉的实验过于简单 ， 希望学习更多的物理和实验技术 。 他这样的想法甚至让密立根觉得他有些不知天高地厚 ， 但最终还是同意让他做了前沿实验课题 ， “硬γ射线通过物质时的吸收系数测量” ， 验证当时刚问世的康普顿（Compton）散射公式——克莱因-仁科（Klein-Nishina）公式（1929年） ， 这是对低能经典的汤姆森 (Thompson) 散射的高能相对论推广 ， 涉及量子电动力学 。 硬γ射线表示能量高的γ射线光子 ， 即电磁波长更短或频率更高 。
1929年 ， 赵忠尧实验发现只有轻元素的γ射线吸收较为符合理论公式预言 ， 而重元素（如铅）的实验测量结果比理论计算结果大了约40% ， 他称此现象为γ射线的反常吸收 。 在稍后的一段时间内 ， 英国剑桥卡文迪许实验室的G. T. P. Tarrant ， 德国威廉皇帝学会化学研究所（马普化学所前身）的迈特纳（L. Meitner ， 迈特纳女士是王淦昌先生的导师 ， 因1938年第一个理论解释奥托发现的核裂变而成名 ， 参见《她是奠基“核裂变”理论的物理学家 ， 却拒绝了曼哈顿计划》）和H. H. Hupfeld也发现了γ射线的反常吸收现象 。 1930年赵忠尧在对γ射线散射辐射强度和角分布的实验中发现 ， 伴随着γ射线的反常吸收还出现了能量为0.5MeV的“附加散射辐射” 。
实际上 ， 这就是正负电子对湮灭而转化为一对γ光子的湮灭辐射 ， 而反常吸收正是因为能量足够高的入射γ光子湮灭转化为正负电子对而使得γ光子数目减少——赵忠尧已经找到了正电子存在的证据 ， 它就是对应带负电的电子的反物质粒子 。 非常可惜的是 ， 当时狄拉克方程对可能存在反粒子的理论预言刚刚提出不久（1928年） ， 赵忠尧和密立根都没能把异常的实验结果与狄拉克的理论联系起来 。 英国和德国的两个小组分别得出的实验结果不仅晚于（约1-2年后）赵忠尧的实验 ， 而且结果也不正确 ， 并没能得出关键的0.5MeV 。
更遗憾的是 ， 从理论上解释正负电子对湮灭和辐射做出重要工作的布莱克特（Patrick Blackett）和奥基亚利尼（Giuseppe Occhialini）在他们的论文中并未正确地引用赵忠尧的实验工作结果 。 各种因素综合在一起 ， 客观上影响了国际物理学界对赵忠尧实验结果的及时肯定 ， 直接导致他的重要贡献被同时代学者所遗忘 。
1932年 ， 同是密立根学生的安德森（Carl D. Anderson）首先在高能宇宙射线中发现了正电子 ， 由此与维克托·赫斯（Victor Hess）共享了1936年的诺贝尔物理学奖 ， 他后来表示受到了赵忠尧实验结果的启发 。 直到上世纪80年代末 ， 由著名物理学家杨振宁先生等人深入考证相关文献后 ， 这段重要的物理学历史才得以澄清 。
诺贝尔物理奖评审委员会前主席G?sta Ekspong在访问中国科学院高能物理研究所时曾留言 ， “我遇到了一位创造了伟大历史记录的人 ， 即赵忠尧教授 ， 他几乎在1930年就发现了正电子 ， 是在安德森之前 。
作为第一例反物质粒子 ， 正电子的发现对人类认识宇宙中的物质有着深刻重要的意义 ， 这是中国学者对物理学发展做出的极为重要贡献 。 今天我们知道不仅仅是电子 ， 每一种正物质粒子都有与其相对应的反物质粒子 ， 它们遵从1928年问世的狄拉克方程 。
双黑洞并合 ， 还是其他？
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