杰克?施泰因貝格爾（1921—2020）

1945年，當(dāng)粒子物理學(xué)家杰克?施泰因貝格爾（Jack Steinberger）開啟其職業(yè)生涯時，科學(xué)家們對于亞原子粒子知之甚少。如今，為人所熟知的亞原子粒子已達(dá)數(shù)十種之多，其基本構(gòu)造都已編入粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型中。在整個過程中——從粒子的發(fā)現(xiàn)到將其歸類——終年99歲高齡的施泰因貝格爾居功至偉。1988年，他憑借1962年開展的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)而榮獲諾貝爾物理學(xué)獎。該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)揭示了神秘粒子——中微子——存在兩種不同的類型。

中微子幾乎不與物質(zhì)發(fā)生相互作用——它們可以直接穿透地球。它們不帶電荷，可對“弱”核力做出反應(yīng)，而“弱”核力作用于原子核內(nèi)，對放射性具有支配作用。在20世紀(jì)30年代就有人預(yù)測中微子的存在，以解釋放射性衰變中伴隨電子釋放出的無法解釋的能量。施泰因貝格爾與其同事一起，證明了不只存在一種類型的中微子。他們還發(fā)現(xiàn)了另一種與介子相關(guān)的中微子類型（介子與穩(wěn)定的電子類似，但其質(zhì)量為電子的200倍，壽命也更短）。施泰因貝格爾還參與確定了夸克的性質(zhì)，而夸克是質(zhì)子和中子的最終組成單位。

施泰因貝格爾出生于德國的一個猶太家庭，在納粹掌權(quán)后不久被迫離開，于1934年到達(dá)美國。在芝加哥，他在養(yǎng)父母的幫助下完成了高中教育，并于1938年與家人團(tuán)聚。之后，施泰因貝格爾進(jìn)入芝加哥大學(xué)學(xué)習(xí)化學(xué)。1942年，施泰因貝格爾從大學(xué)畢業(yè)，隨后加入美國軍隊(duì)，研究如何利用雷達(dá)來提高飛機(jī)轟炸的精確度。

二戰(zhàn)結(jié)束后，施泰因貝格爾重返芝加哥大學(xué)，師從首次演示核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的諾貝爾獎得主恩里科?費(fèi)米（Enrico Fermi），繼續(xù)開展物理學(xué)研究。此前，費(fèi)米還開展過中微子理論研究，并創(chuàng)造了中微子這個名稱。他力勸施泰因貝格爾研究有關(guān)μ子衰變的難題。μ子是1936年在宇宙射線中發(fā)現(xiàn)的粒子，可分解為一個電子和丟失的能量。施泰因貝格爾認(rèn)為這些能量分配給了兩個而非一個中微子，并在1948年通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這一假設(shè)。

施泰因貝格爾熱衷于使用新設(shè)備、新技術(shù)，這也是其研究工作的一大特點(diǎn)。1949年，他加盟加州大學(xué)伯克利分校的輻射實(shí)驗(yàn)室，使用一臺創(chuàng)新型加速器來研究另一種宇宙射線粒子——介子。他證明了壽命較短的電中性介子的存在，而他早前就曾從理論上計算過它的壽命。1950年，他離開伯克利分校，加入哥倫比亞大學(xué)，部分原因是他拒絕簽署反共誓約。正是在哥倫比亞大學(xué)，施泰因貝格爾與其同事們進(jìn)行了為他們帶來諾貝爾獎殊榮的實(shí)驗(yàn)。施泰因貝格爾曾經(jīng)的學(xué)生施瓦茨（Schwartz）發(fā)現(xiàn)了如何制造高能中微子束。在紐約布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室，該團(tuán)隊(duì)使用了一臺新加速器，還建造了一臺快速探測器，使粒子的軌跡像火花的痕跡一樣可以看見。

1968年，施泰因貝格爾來到歐洲，加盟歐洲核子研究中心。1983年，他利用歐洲核子研究中心的大型正負(fù)電子對撞機(jī)，領(lǐng)導(dǎo)設(shè)計和構(gòu)建了一項(xiàng)名為ALEPH的大型實(shí)驗(yàn)。通過ALEPH實(shí)驗(yàn)，施泰因貝格爾證明了中微子的類型不可能超過三種，即電子中微子和μ子中微子，以及與1975年發(fā)現(xiàn)的另一種“重電子”Tau粒子有關(guān)的第三種中微子。至此，施泰因貝格爾在其博士論文中開始的故事圓滿結(jié)束。

1986年，施泰因貝格爾從歐洲核子研究中心退休，但繼續(xù)與ALEPH研究人員一起工作，直到20世紀(jì)90年代中期。他將自己的興趣擴(kuò)展到了天體物理學(xué)和氣候變化，并在2015年與其他諾貝爾獎得主聯(lián)名發(fā)表《 邁瑙宣言》，敦促各國政府限制溫室氣體排放。

施泰因貝格爾深受愛戴和尊敬。作為實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家，他直覺敏銳，才華出眾；作為導(dǎo)師，他聰慧過人；而作為朋友，他同樣情深義重。他對大自然的運(yùn)作方式懷有濃厚的興趣，喜歡登山探奇、遠(yuǎn)航觀海。

資料來源 Nature