羅伯特·C·理查森（1937-2013）

呂吉爾/編譯

羅伯特·C·理查森

在實(shí)驗(yàn)物理學(xué)方面作出突出貢獻(xiàn)的諾貝爾物理學(xué)獎得主、美國康奈爾大學(xué)佛洛伊德·R·紐曼物理學(xué)教授羅伯特·C·理查森 （Robert C.Richardson）——同事們習(xí)慣稱他為鮑勃（Bob）——因心臟病發(fā)作，于2013年2月19日在紐約州伊薩卡鎮(zhèn)去世，終年75歲。

作為一名在實(shí)驗(yàn)物理學(xué)領(lǐng)域表現(xiàn)出卓越才能的科學(xué)家，鮑勃總是充滿活力和熱情挑戰(zhàn)各種難題，他的職業(yè)道德素養(yǎng)和深刻洞察力是人們學(xué)習(xí)的楷模。在他的職業(yè)生涯中，鮑勃獲得過無數(shù)榮譽(yù)和獎勵，包括因1972年發(fā)現(xiàn)液態(tài)氦-3的超流性而與他的博士生道格拉斯·奧謝羅夫（Douglas Osheroff）、康奈爾大學(xué)的戴維·莫里斯·李 （David Morris Lee）共同獲得1996年度諾貝爾物理學(xué)獎；他們?nèi)诉€分享過1976年英國物理學(xué)會第八屆弗朗西斯·西蒙爵士紀(jì)念獎和美國物理學(xué)會1981年凝聚態(tài)物理學(xué)奧利弗·巴克利獎——美國物理學(xué)會頒發(fā)的凝聚態(tài)物理學(xué)最高獎。

因色盲將目標(biāo)轉(zhuǎn)向物理學(xué)

鮑勃于1937年6月26日出生，盡管他不記得小時候?qū)茖W(xué)有什么特別的興趣，但在上小學(xué)時便對歷史產(chǎn)生了濃厚的興趣。他還因?qū)W習(xí)成績優(yōu)異在老師的認(rèn)可下跳過級。1954年，高中畢業(yè)后鮑勃進(jìn)入弗吉尼亞理工學(xué)院學(xué)習(xí)。上大學(xué)后，鮑勃以為自己將來會成為一名電氣工程師，但很快就發(fā)現(xiàn)自己對機(jī)械制圖等課程不感興趣，并因此試著將興趣轉(zhuǎn)向化學(xué)。在學(xué)習(xí)過程中，鮑勃發(fā)現(xiàn)自己在定量分析方面有困難，無法很準(zhǔn)確地辨別溶液的顏色，特別是從紅色轉(zhuǎn)成藍(lán)色時。原來他是色盲。成不了化學(xué)家的鮑勃最終將目標(biāo)轉(zhuǎn)向了物理學(xué)，而且一干就是幾十年。

1958年，鮑勃從弗吉尼亞理工學(xué)院畢業(yè)獲得物理學(xué)學(xué)士學(xué)位，又接著在該校讀研究生，并于1960年獲得物理學(xué)碩士學(xué)位。在美國陸軍軍械部隊服役6個月后，他報考了杜克大學(xué)博士研究生。在那兒，他對固態(tài)氦-3進(jìn)行了一系列脈沖核磁共振（NMR）實(shí)驗(yàn)，并于1965年獲得物理學(xué)博士學(xué)位。期間，他的導(dǎo)師是物理學(xué)家霍斯特·邁耶（Horst Meyer）。鮑勃的博士論文具有里程碑的意義，即氦-3核自旋間的交換作用。他的研究為核磁共振相變在較低溫度下發(fā)生帶來了希望。

當(dāng)初他來到康奈爾大學(xué)的時候，一個通過坡密朗丘克冷卻研究項目正在進(jìn)行，即通過把液態(tài)氦-3絕熱壓縮成固相而達(dá)到低于1 mK的溫度。之后，鮑勃加入了康奈爾大學(xué)的低溫物理學(xué)小組。1968年他成為助理教授，先后擔(dān)任過學(xué)校原子和固態(tài)物理實(shí)驗(yàn)室主任、校長高級科研顧問及科研副教務(wù)長。

氦-3超流體的發(fā)現(xiàn)在天體物理學(xué)上有著獨(dú)特用途——通過使用相變產(chǎn)生的氦-3超流體可以驗(yàn)證宇宙中如何形成所謂宇宙弦的理論。氦-3超流體的發(fā)現(xiàn)不僅對凝聚態(tài)物理學(xué)研究起到了推動作用，而且在其發(fā)現(xiàn)過程中使用的核磁共振方法開創(chuàng)了利用核磁共振技術(shù)進(jìn)行斷層檢查的先河。如今，核磁共振斷層檢查已發(fā)展成為醫(yī)學(xué)診斷的普遍手段。

遇挫折想方設(shè)法找出原因

鮑勃具有敏銳的分析能力和使不完的勁，晚上也經(jīng)常在實(shí)驗(yàn)室里轉(zhuǎn)悠，并在坡密朗丘克冷卻的早期實(shí)驗(yàn)中作出了巨大貢獻(xiàn)，包括對固態(tài)氦-3的連續(xù)波NMR磁化率研究和脈沖NMR研究，提供了最早的自旋擴(kuò)散行為實(shí)驗(yàn)演示。在1971年11月下旬的一個晚上，鮑勃的學(xué)生奧謝羅夫觀察到氦-3溶解曲線上有細(xì)小的異常后，包括鮑勃在內(nèi)的實(shí)驗(yàn)人員都難以遠(yuǎn)離實(shí)驗(yàn)室了。

在觀察到這些情況后，眾多理論家作出的悲觀預(yù)言加其他小組用絕熱退磁觀察超流體氦-3的失敗，一度斷絕了鮑勃及其同事在任何可達(dá)溫度條件下發(fā)現(xiàn)超流體氦-3的念頭。為此，他們不得不考慮觀察到的效果是否與液態(tài)氦-3、或是與坡密朗丘克電池中的固態(tài)氦-3相關(guān)聯(lián)。最終，他們確定把觀察到的結(jié)果歸因于固態(tài)氦-3。到了1972年暮春，鮑勃及其同事們的NMR測量清楚地顯示，溶解曲線異常與液態(tài)氦-3的兩個新相位相關(guān)聯(lián)。

羅伯特·理查森在二戰(zhàn)期間服役時的照片

一個有利的選擇是對應(yīng)于庫珀對中電子間的相互旋轉(zhuǎn)的帶軌道角動量的p-波配對，以及——根據(jù)泡利不相容原理——導(dǎo)致其中之一凈核自旋的三重配對[分別由菲利普·安德森（Philip Anderson，1977 年 諾貝爾獎得主）、皮埃爾·莫瑞爾（Pierre Morel）等人提出的狀態(tài)是可能的選擇對象]。當(dāng)NMR實(shí)驗(yàn)在進(jìn)展的同時，鮑勃訪問了英國蘇塞克斯大學(xué)并遇見了安東尼·萊格特（Anthony Leggett,世界公認(rèn)的低溫物理學(xué)領(lǐng)袖，2003年諾貝爾物理獎得主）。通過求和規(guī)則，后者很快用超流體配對解釋了NMR結(jié)果，并在后來形成了符合 Anderson-Morel態(tài)和 Balian-Werthamer態(tài)的完整自旋動力學(xué)理論。

科學(xué)界中的“快樂科學(xué)勇士”

在發(fā)現(xiàn)流體氦-3后不久，鮑勃和他的學(xué)生威廉·霍爾珀林（William Halperin）等人，觀察到期待已久的固態(tài)氦-3核磁相變。這一發(fā)現(xiàn)在世界范圍內(nèi)掀起一場爭相描述其相位特征的競爭。后來，鮑勃和他的學(xué)生們進(jìn)行了一系列漂亮的NMR實(shí)驗(yàn)，演示了液態(tài)氦-3中核矩與微小氟碳珠中氟核矩間的交叉弛豫現(xiàn)象。

在接下去的幾年中，鮑勃率先建造了使更低溫度得以常規(guī)實(shí)現(xiàn)的微開實(shí)驗(yàn)室（1986年竣工）。在較晚的一些實(shí)驗(yàn)中，他開始對涉及在微開溫度條件下能量傳輸?shù)摹盁帷彪娮印MR和核四極共振的研究。

作為一名教師，鮑勃對教學(xué)也作出了有益的貢獻(xiàn)。他的公開課令人影響深刻，包括激動人心的高溫超導(dǎo)和其他低溫現(xiàn)象的演示。他是美國科學(xué)院院士、芬蘭科學(xué)院外籍院士、中國長安大學(xué)名譽(yù)教授。

鮑勃曾在美國科學(xué)院下屬的委員會任職，負(fù)責(zé)研究政府對科學(xué)的支持。2005年，鮑勃幫助撰寫了美國科學(xué)院具有里程碑意義的報告，題為《迎擊風(fēng)暴——開創(chuàng)美國經(jīng)濟(jì)的光明未來》。在報告中，針對美國在科學(xué)技術(shù)發(fā)展上存在的短板和錯誤，他建議改變研究機(jī)構(gòu)和高等院校專項基金的運(yùn)作方式，和在中小學(xué)改變科學(xué)技術(shù)的教學(xué)方式，政府應(yīng)更多地投資科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)教育以及加強(qiáng)研究生的培養(yǎng)。

縱觀鮑勃的一生，他那始終充滿著的工作熱情和樂觀精神，稱得上是一名真正的 “快樂科學(xué)勇士”，而對那些有幸領(lǐng)略過其迷人魅力的人來說，是一個極大的鼓舞。科學(xué)界將深深地懷念他，康奈爾大學(xué)的同事和學(xué)生將永遠(yuǎn)地懷念他。