明尼苏达大学物理与天文学学院通讯（2005年春第五期）（波比粉碎机）

南粤古驿道网整合

按语：日前，南粤古驿道网刊载了阿瑞先生《从坪石艰难岁月中走过来的大师们》等一系列研究文章，众多大师们在艰难困苦的岁月里坚守着教育烽火、传递着华夏精神。坪石记忆着那段历史，也见证了粤港澳教育合作的点滴。不断挖掘坪石大师们不平凡的一生，将丰富坪石作为粤港澳教育圣地的内涵。下文为阿瑞先生进一步的研究史料，从中可以更为深入了解从坪石走过来的大师之一的卢鹤绂教授的生平和学术成就。

院长寄语

艾伦·戈德曼（Allen Goldman）：

今年2月20日，保罗·埃利斯教授（Paul Ellis）因心脏病离世，我们深感悲痛。保罗·埃利斯教授出生于英格兰北安普顿，是一名理论核物理学家，在物理和天文学学院从教31年。他在英国曼彻斯特大学获得博士学位，在密歇根州大学、罗格斯大学和牛津大学获得博士后以后，埃利斯教授于1973年来到明尼苏达大学任助教，1982年正式任教授。直到1990年，他的主要研究领域是原子核的结构，对核的多体理论和有限温度下的核物质研究做出了重要贡献。其后，埃利斯教授开始研究中子星中的致密物质以及中子星的组成和结构。埃利斯教授是一名杰出的老师，曾于1981年获理工学院优秀教师奖，1998年获美国物理学会助学金。埃利斯的家人包括他的妻子艾丽卡·埃利斯（Alicja Ellis）、亚历山大·埃利斯（Aleksander Ellis）、儿媳叶亚拉和孙子凯尔。

保罗·埃利斯（Paul Ellis），1941年-2005年（照片由埃利斯家人提供）。

而令人稍有安慰的是，自上次学院通讯刊发以来，学院迎来了两名新成员，他们分别是实验凝聚态物理学家迈克尔·祖多夫教授（Michael Zudov）和实验粒子物理学家丹尼尔·科宁汉尼斯教授（Daniel Cronin-Hennesssy）。研究生助学金方面也取得了重大进展，罗伯特·佩宾（Robert Pepin）助学金和卢鹤绂助学金相继创立。其中佩宾助学金由其学生和友人资助，卢鹤绂助学金由其儿子资助，本期通讯将报道这两项助学金命名人和资助人的有关情况。除此之外，我院最近还收到了来自威尔弗雷德·韦泽尔（Wilfred Wetzel）的一笔重大遗赠。韦泽尔1933年在我院获得博士学位，是美国第一位第三代拥有量子力学论文成果的理论学生。约翰·范弗莱克（John Van Vleck）是爱德华·希尔（Edward Hill）的研究顾问，而希尔则是韦泽尔的研究顾问。韦泽尔随后在3M创出了成功的事业，成为磁记录带发展的主要人物。有了这些助学金，我们将更好地培养出优秀的研究生学生。

今年我们还将迎来技术学院院长办公室换岗。特德·戴维斯（Ted Davis）于2004年底卸任，回归化学工程与材料科学学院。接任的是史蒂文·克劳奇教授（Steven Crouch），曾任财务与规划处副处长。彼得·哈德斯顿（Peter Hudleston）留任学生处副处长，天文学系的罗伯塔·汉弗莱斯（Roberta Humphreys）留任教务处副处长，电气工程系主任莫斯·卡维（Mos Kaveh）教授任调研与规划处副处长。

学院举办活动纪念卢鹤绂教授

2004年6月17日星期四，学院举办纪念活动，怀缅杰出校友卢鹤绂教授的生平和成就。卢先生的两位儿子卢永芳和卢永亮分别从德州休士顿和中国赶来参加活动。出席活动的还有来自中国、德州和加拿大的卢氏家族成员和卢先生的故友同僚，共20余人。

图片说明：（左起）Sandra Huan、卢永芳、Robert Bruininks、卢永亮、Allen Goldman、Kathyleen Ma（Patrick O'Leary摄）。

适逢卢鹤绂教授诞辰90周年，此次活动安排有来自中国和明尼苏达大学的学者演讲交流，还组织参观校园和许多对于卢先生在20世纪30年代末和40年代初在明尼苏达大学求学期间意义非凡的地方。最后，由学校主办的晚宴把此次活动推向高潮。

卢鹤绂教授在1939年获取学位，成为我校第二个取得物理博士学位的中国学生。他在明尼苏达州的阿尔弗雷德·尼尔（Alfred Nier Laboratory）实验室工作，他建造了一台180度聚焦质谱仪，研究热盐离子源的发射性能。他精确测定了锂同位素的丰度比，成为质谱分析的标准低温源。

自1939年至1941年，卢鹤绂教授开发了用于质谱研究的硼源，他的博士论文题为《新型高强度质谱仪在分离硼同位素上的应用》。1941年，卢先生回到硝烟弥漫的中国，在偏远地区躲避抗日战争的战火。

战争过后，卢先生面临着国内实验物理设施紧缺的难题。可是，才华横溢的卢先生最终排除万难，最终还是将实验转化成理论，并开始在复旦大学任教。随后，他来到上海，积极参与创建上海原子核研究所，中国第一个核物理学家培训中心。

图为塘口村的旧门牌。（注：文中指1941到内地逃避战火，实指1941年返回从事物理教学第一所大学国立中山大学，当时迁至乐昌坪石，卢教授在理学院从事教学研究，理学院和卢先生均居住塘口村，第二年第一个儿子出生于坪石。）

其中一位演讲人，复旦大学校长王生洪教授称卢先生为“二十世纪中国最伟大的思想家之一”。卢先生在五十年代继续研究原子弹物理学、流体动力学等各种学科。他的一篇题为《关于热中子诱发铀235裂变产生的中子发射》是关于计算铀235裂变产生的中子数量的第一份出版物。

在他的50年科研生涯中，卢先生一直致力于做研究、教学、把科研文章和专著翻译成中文。同时，他承担起在科学界的责任，曾担任上海物理学会理事长十年。1997年2月，卢鹤绂教授辞世，晚年的他都一直继续积极参与粒子物理领域的研究。卢先生的学生也被誉为是中国第一代物理学家。

卢鹤绂教授在明尼苏达求学期间就已经是物理学的明星。尼尔有关铀235和铀238的重要论述就是在卢先生还是其弟子时完成的。《物理评论》（《Physical Review》）随后由泰特实验室（Tate Laboratory）编辑，后来获得诺贝尔奖的约翰·巴丁（John Bardeen）就是其中一位编辑成员。卢先生将这种蓬勃的科研氛围带到中国。卢先生弟弟卢鹤绅表示，卢先生认为自己的成功离不开在美国生活和在明尼苏达大学求学的经历。

明尼苏达大学校长罗伯特·布鲁因克斯（Robert Bruininks）向卢永芳先生和卢永亮先生颁赠纪念牌，以感谢他们对明尼苏达大学的投入和关注，以及以卢鹤绂教授之名捐赠的物理助学金。复旦大学现代物理研究所所长汤家镛教授曾经是卢先生的学生，他表示，卢鹤绂教授为中国教育事业孜孜不倦奋斗一生，他说：“卢鹤绂教授永远活在我心里。”

图片说明：卢鹤绂教授的半身像在泰特物理实验室外展示。该雕塑是向公众展示的几个新的历史展览中的一部分。（Patrick O'Leary摄）

陈列历史

物理与天文学学院首层陈列柜于2004年改造完成，用于陈列与学院历史发展历程相关的物件。行政助理波比·艾奇（Bobbi Eich）和学生工作者凯莉·巴菲特（Carrie Bufford）多次到学校档案馆搜集整理有关学院的纪录资料，最终搜罗到足够的历史资料，放到十个陈列柜，展示学院的历史。去年春天协助搜集陈列品的还有艾伦·戈德曼（Allen Goldman）。

陈列品包括1914年在当时的物理学大楼琼斯堂前的合影，是学院最早的合影，还有学院最重要的研究实验时使用的仪器设备，例如在20世纪70年代维京登月计划时使用的质谱仪模型。除此以外，陈列品还涉及一些物理学事件和物理学家们的社交生活，例如1942年的物理学家野餐聚会。通过展品，我们可以了解过去从事物理学研究的背景和环境。尼尔教授铀235同位素分离的故事讲述的是“战争的可能”，约翰·威廉姆斯（John Williams）宣称他的范德格拉夫加速器是“源自粉碎机”。展品还包括一些珍贵的文档，例如埃里科·费米（Enrico Fermi）写给尼尔的一封信，信里肯定了尼尔用铀235同位素解决问题的方法，还有亨利·埃里克森教授（Henry Erikson）的日志，上面记录了早期学院工作人员的收入清单。

大家可以到泰特物理实验室中庭一睹这次陈列历史专题展出。

图片说明：1932年，阿尔法·尼尔教授（Alfred Nier）（左）与亨利·埃里克森教授（Henry Erikson）（右）在明尼苏达北部的贡弗林特湖（Gunflint Lake）上进行物理实验并收集数据。这次实验的结果用于一篇题为《不同深度湖水的光照强度》的论文。两位教授通过在不同深度的湖水水体中放入内置石英棱镜的壳体，成功发现不同波长的吸收常数。该照片是讲述30年代到40年代初期历史的陈列品之一。

图片说明：讲述约瑟夫·瓦拉塞克（Joseph Valasek）于20年代期间在罗谢尔盐中发现铁电现象的陈列品。（艾伦·戈德曼（Allen Goldman）摄）

图片说明：展示约翰·泰特教授（John Tate）科研、教学、编辑生涯的历史陈列品。（艾伦·戈德曼（

有力证据佐证爱因斯坦争议

学院的泰特物理实验室是以约翰·泰特教授（John Tate）命名的，他一直是围绕阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein ）和《物理评论》之间争议的核心。1935年，爱因斯坦在《物理评论》先后发表了两篇文章，1936年，爱因斯坦与纳森·罗森（Nathan Rosen）合著一篇论文并提交给明尼苏达大学编辑约翰·泰特。两位作者提出，与爱因斯坦在1910年声称的相反，引力波并不存在。爱因斯坦以为他的文章将会立即发布。但这位世界知名的科学家发现，他的文章被送去同行进行评议，然后被打回头，随函附上一份礼貌的说明，要求他对同行们提出的各种评论和批评做出回应。爱因斯坦因此大为不悦。他给泰特教授回信，专门研究爱因斯坦的历史学家丹尼尔·肯尼菲克（Daniel Kennefick）形容爱因斯坦在写信时“极其愤怒”，信中表示他对进行同行评议的决定十分不解。信中写道：

尊敬的先生：

我们（罗森先生和我）把出版手稿发给您，但并没有授权您在发表之前将其展示给专家。因此，我认为没有理由解决您这些不论任何情况都是错误的匿名专家的意见。因此事件，我决定在别处刊登发表这篇文章。

其后，爱因斯坦就把文章投到《富兰克林研究所杂志》（Journal of the Franklin Institute），而且没有根据《物理评论》专家提出的建议进行修正就被采用。然而，文章在1937年初被正式发表前被大幅修改。之前提到的广义相对论不允许任何引力波，被修改为广义相对论排除平面波而不是圆柱波。而文章结尾的鸣谢处写道：“借此我想对我的同事，罗伯逊教授表示感谢，为改正最先的错误观点提供友好的协助。注明的相对主义者霍华德·珀西·罗伯逊在加州理工学院休假一年回到普林斯顿自然科学研究所”

肯尼菲克在《广义相对论中辐射反应问题历史的争论》（摘自《广义相对论的扩张世界》，休伯特·戈恩纳等人编，波士顿：伯豪泽，1999》）一文中推测说，虽然爱因斯坦提到的匿名的专家到现在还不能确定身份，但很有可能就是在《富兰克林研究所杂志》中刊登的文章里提到的霍华德·罗伯逊教授。肯尼菲克的猜测是基于最后发表的文章中承认圆柱波存在的可能性，这一点也是专家们提出的。直到近来，关于这项争议的档案资料非常少，1938年以前的《物理评论》记录也没有。

2005年3月，美国物理学会的总编、《物理评论》的创始人马丁·布卢姆（Martin Blume）发现了一批泰特教授在担任编辑时的旧资料。1936年《物理评论》的摘要中发现确凿证据，罗伯逊教授正是那位泰特请来评议爱因斯坦文章的“匿名教授”，也就是爱因斯坦在最后发表的文章末感谢的那位友好的同事。

布卢姆还发现，爱因斯坦之前在《物理评论》发表的两篇文章在摘要里没有同行评议的记录，也就是说文章在收到后立刻就得到发表。这对于一本同行评议学术期刊来说是非常罕见的，文章通常要经过数周甚至数月的评议才能发表。布卢姆说，“所以认为根本没有评议是不无道理的。”爱因斯坦否定同行评议的操作，是因为他在欧洲的学术期刊发表文章几乎从来没有被拒过，对《物理评论》也是心慈手软了。自此，爱因斯坦再也没有向《物理评论》投稿，唯一一篇发表的文章是在1953年写给编辑的一封信。

布卢姆的发现十分及时，适逢2005年是爱因斯坦奇迹年100周年纪念。1905年，爱因斯坦还只是瑞士一个专利申请文员时，提出了著名的狭义相对论。

导师风采托尼·盖尔赫塔（Tony Gherghetta）

图为托尼·盖尔赫塔（Tony Gherghetta）。（珍妮·艾伦（Jenny Allan）摄）

标准模型以外的物理学

托尼·盖尔赫塔（Tony Gherghetta）是我院新导师，研究领域为超对称，弦理论，膜世界和额外的维度。所有这些学科都存在于粒子物理学的标准模型之外，是为了了解宇宙的基石而开发的学科。这些基石被分为两大类，一类是物质粒子费米子，另一类是力粒子玻色子。标准模型里的带电粒子与电子不同，最轻，顶夸克，最重（比电子重350,000倍）。

除了希格斯玻色子，标准模型已经过高精度验证。这是尚未被发现的粒子，负责给粒子提供质量。通过实验找到希格斯玻色子将是一个重大发现，理论物理学家幸而早已涉略，因为要发现这样的粒子所需的能量要靠在欧洲核研究组织的大型强子对撞机（LHC），而这样的机器到2008年才诞生。

盖尔赫塔说：“但是，标准模型由一项美中不足，那就是层次结构问题”。希格斯玻色子的质量因为量子修正所以不稳定，要知道希格斯的准确质量，需要精确到1028分之一的微调。

直到1981年，理论物理学家继续充分利用标准模型，甚至将此引用到超对称领域（SUSY），在过去十年的发展中，又应用到层次结构问题。超对称断定，标准模型的每个玻色子（费米子）都有其对应的超级伙伴。盖尔赫塔解释说，“超对称奇迹般地取消了希格斯质量的大量子修正”。而且，超级伙伴的加入纠正了标准模型力量的不匹配，并将它们组合为一个统一的大力量。

最近，盖尔赫塔的研究显示，这个统一的力量在部分超对称的模型中也会出现。他说：“不是所有标准模型粒子的超级伙伴都需要用来解决层次机构问题”。这有别于常规超对称模型，这个变化在大型强子对撞机实验中有待验证。

盖尔赫塔有关超对称的研究用到了其他非标准模型、属于弦理论分支的工具。简而言之，在弦理论中，粒子被想象成振动弦的一瞥。在标准模型中，粒子是零大小和无限能量的单点。要赋予粒子具体的大小，弦理论可以引入有限数字，从而能让物理学家将量子引力纳入标准模型。盖尔赫塔说：“弦理论是第一个也是唯一一个在量子体系中理解引力的理论”。

他还补充道，“弦理论是一个非常丰富的数学框架，实验并不总是可以解释”。在10-33厘米时典型的弦长远低于可观察极限的10-16厘米。“事实上，一些关于弦理论的猜想很有可能永远无法得到证实，因为它们涉及的能量可能是实验永远无法到达的极限。”弦理论伴随额外维度的新观点，已经改变了理论对实验的可及性。

额外维度是弦理论的一部分，听起来像是科幻小说甚于物理学科。但最近，他们提供了一个有用的几何结构“膜世界”，将宇宙想象成放置在更高维度的一堵无限墙。值得注意的是，生活在墙上，还能通过保持量子更正跟希格斯质量一样小来解决层次结构问题。盖尔赫塔的部分研究就是为了了解这个“新的膜世界的秩序”各个奇怪的方面，这些方面的实验很快就可及了。“当你望向房间的一个角落，你最多能看到三维，但这不代表额外维度不存在”，他解释道。至少弦理论提出的一个小小的额外维度就足以通过大型强子对撞机的实验得到证明或者反证。“第五维其实可能比你想象的要近的多”。

托尼·盖尔赫塔原籍澳大利亚，2002年来到明尼苏达，在芝加哥大学取得博士学位。已婚，二孩。

多项助学金设立助推研究生教学发展

过去数年，学院一直非常重视筹集私人资金支持研究生助学金。研究生学生参与研究、担任助教，更有望成为下一代物理学家，是学院的命脉。为了争取到全国最优秀的生源，学校必须继续提供更多经济援助机会。最近，学院有创立了几项研究生助学金，总金额接近100万美元，与研究生院从21世纪竞赛计划得到的奖金相当，这就意味着研究生院将得到奖金资助金高达近200万美元。

伯特·佩宾（Robert Pepin）助学金

前研究院学生大卫·布莱克（1970年取得博士学位）发起，与佩宾的学生和朋友一同创立的助学金，以纪念他的研究顾问伯特·佩宾。佩宾教授是一位空间物理学家，自1964年到我校任教，取得傲人的科研和教学成绩。他曾任IT荣誉计划主任，也是2002年乔治泰勒杰出服务奖的获得者，1999年获莫尔斯校友奖的本科教育杰出成就奖，美国地球物理联盟研究员。

佩宾有关陨石和月球样本中的惰性气体和氮的研究使学院在80年代期间获得国家的高度关注。他目前的研究方向是原始太阳星云的成分，原始陨石中核合成的同位素特征，过去40亿年以来太阳风和耀斑的成分历史，以及地球、火星和金星上挥发物的起源和演化。

卢鹤绂助学金

卢鹤绂之子卢永芳与卢永亮为纪念其父亲，创立卢鹤绂助学金。卢鹤绂1941年获博士学位，导师是阿尔法·尼尔（Alfred Nier）。有关卢鹤绂助学金更多详情请参阅本刊首页。

威尔弗雷德·韦泽尔助学金

学院最近获赠威尔弗雷德·韦泽尔（Wilfred Wetzel）一处价值820，000美元的遗赠作为研究生的助学金。韦泽尔生于1904年，1928年于我校取得科学学士学位。1933年获博士学位，导师为爱德华·希尔（Edward Hill）。韦泽尔最初在我校担任助理研究员，随后任职于科尔盖特大学和麻省理工学院。1937年，他重返明尼苏达大学任物理学助理教授，直到1940年加入海军。

韦泽尔在二战期间担任海军军械局的物理学家，致力于海军磁带录音带开发项目，帮助政府记录德国U型潜艇的发射情况。韦泽尔和他的团队负责制作磁带，虽然当时美国仍未能制造录音机。团队开发出一款带有光滑表面和均匀分散铁磁粉末的涂层胶带，能经受磁头的吸引，迎来记录电磁信号。虽然项目在战争结束前还没完成，但是，磁带的商用价值让韦泽尔在1944年得到效力3M（当时的明尼苏达州矿业和矿业公司）的机会。

1945年，第一款可行的磁带产品面世。两年后，录音设备被德军盟友缴获并重造，韦泽尔和美国的群众一样，听到平·克劳斯贝在他的电台节目里播出一段录音片段，这是磁带产品的第一次商业应用。韦泽尔是第一批意识到该项技术可以延伸应用到电视图像录制的人。他积极投入开发应用，这项技术在50年代不断发展，到1956年，哥伦比亚广播公司利用该项技术，为西部时区播放录制新闻，自此，该项技术发展到达顶峰。韦泽尔在1969年从3M退休，1970年辞世。

奖项和公告

三名新任美国物理学会研究员

我院三名教授新任美国物理学会研究员，他们分别是马文·马沙克（Marvin Marshak）（图右）、亚历山大·格罗斯伯格（Alexander Yu. Grosberg）（图左）和罗伯特·德盖兹（Robert D. Gehrz）（图中）。只有0.5%的会员能成为研究员。我院有17名教授和8名荣誉教授获此殊荣。