亚瑟·霍利·康普顿(1892 年 9 月 10 日 - 1962 年 3 月 15 日)
AH·康普顿于1892年9月10日出生于美国俄亥俄州伍斯特的一个哲学教授家庭,父亲是伍斯特学院的校长。
高中毕业后,他进入伍斯特学院学习。1913年,他以最高荣誉从伍斯特学院毕业,成为普林斯顿大学的研究生。1914年,他获普林斯顿大学硕士学位。1916年,他获普林斯顿大学哲学博士学位。他的博士论文最初由理查森(OW)指导,后来由库克(HL Cooke)指导。
1916年至1917年,他在明尼苏达大学任教一年,期间与奥斯瓦尔德·瑞格利( )共同研究了磁化效应对磁性晶体反射X射线的密度的确定问题,发现电子的轨道运动对磁化效应没有影响,认为铁磁性是由电子本身固有的性质引起的,这是一种基本的磁荷。这一观点的正确性后来被他的学生圣西斯(JC)用实验结果提供了更有力的证据。
1917年至1919年,康普顿在宾夕法尼亚州东匹兹堡的西屋电气制造公司担任研究工程师,在此期间绝热膨胀,他与通用电气的技术总监扎伊·杰弗里斯合作,推动了荧光灯行业的发展。
1919年,AH康普顿与其兄KT康普顿对当时最灵敏的电学测量仪器——四极静电计作了重大改进,利用这种仪器,他发现了1919年至1920年,他到英国,在约瑟夫约翰汤姆逊和欧内斯特卢瑟福的指导下,在卡文迪什实验室做访问学者,进行伽马射线散射实验。
1920年,他成为圣路易斯华盛顿大学韦曼·克罗教授兼物理系主任。
1923年,他出任芝加哥大学物理学教授、冶金实验室主任。在研究X射线通过真实物质的散射时,康普顿发现了一个新现象:散射光中除了原有波长λ0的X射线外,还产生了波长λ≧λ0的X射线,并且它们的波长增量随散射角度的变化而变化。这种现象被称为康普顿效应()。1912年,康普顿发表了题为《轻元素对X射线散射的量子理论》的论文,他利用爱因斯坦的光子理论,从光子与电子碰撞的角度解释了实验现象。该效应首次在实验上证实了爱因斯坦关于光子具有动量的假设。
康普顿效应
康普顿操作X射线光谱仪
与此同时,他的博士生吴有训(下篇介绍)消除了学术界对康普顿理论的反对意见,验证了康普顿效应。
1927年与查尔斯·威尔逊共同获得诺贝尔物理学奖;同年当选为美国国家科学院院士。
1929年,他成为芝加哥大学CH Swift教授。1934年,他成为美国物理学会会长;1939年至1940年,他任美国科学工作者协会会长。1930年以后,康普顿的主要研究兴趣转移到宇宙线领域,他发现了逆康普顿效应。他根据从世界各地收集到的资料,研究了宇宙线强度随地球纬度和海拔高度的变化方式,指出宇宙线不是来自太阳系或银河系。他还根据宇宙线强度与地磁纬度的关系,提出宇宙线是具有极高初始能量的带电粒子。
1941年至1943年,任美国国家科学院评估原子能战争应用委员会主席;1942年,任美国科学促进会会长;1942年12月,与恩里科·费米等人合作建成了世界上第一座核反应堆—芝加哥核反应堆“1号堆”。
1942年至1945年,他担任芝加哥气象实验室的项目主管,该实验室是曼哈顿计划研发的重要前哨。
1945年,他回到圣路易斯华盛顿大学,担任第九任校长。
1953年,他成为圣路易斯华盛顿大学自然科学史教授。
1961年,他从圣路易斯华盛顿大学辞职,成为加州大学伯克利分校物理学教授。
1962年3月15日,他在加州大学伯克利分校作系统演讲时突发脑溢血,在加州伯克利市逝世,享年70岁。
查尔斯·汤姆森·里斯·威尔逊(1869 年 2 月 14 日 - 1959 年 11 月 15 日)
CTR 威尔逊于 1869 年 2 月 14 日出生于苏格兰爱丁堡附近的格伦科西。他的父亲是一名农民。威尔逊 4 岁时,父亲去世,母亲带着全家搬到了曼彻斯特。他在一所私立高中学习地质学、植物学和动物学。他还在欧文斯学院(现曼彻斯特大学)学习生物学,因为他想成为一名医生。
1888年,威尔逊获得奖学金,转学到剑桥大学西德尼·苏塞克斯学院。
1892年威尔逊从剑桥大学毕业后,一边在剑桥大学做实验研究,一边担任医学系的实验演示员,在剑桥,他对气象学产生了兴趣,并开始在卡文迪什实验室的云室里研究他的云。
据说1894年,威尔逊在海拔4000多米的尼维斯山顶旅行时,发现山顶容易形成美丽的云雾景象,引起了他的极大兴趣。经过艰苦的研究,他终于意识到这是由于气压过高造成的。他想在实验室里重现阳光反射云层的奇观,于是发明了云室(又称云室)。
1895年,眼光敏锐、思维敏捷的威尔逊在卡文迪什实验室设计了一种方法,让湿空气在密闭容器中绝热膨胀,从而使空气冷却并成为过饱和状态,让水分凝结在尘埃粒子上。他试图用这种方法在实验室中复现山顶上由于某种云效应而形成的美丽自然景色。随后,他花了很大的力气从理论上研究雾点的成因,当他发现X射线时,他认为空气中离子的存在可能导致云的形成,他进行实验,在云室中发现了辐射留下的凝结水滴的踪迹,经过不懈的努力,他终于发现,雾点是由于水蒸气依附在带电粒子上而形成的。
威尔逊的研究涉及大气电学,特别是雨雪天气时的放射性,还涉及用金箔静电计测量大气电学。他想使基本粒子的轨迹可见,这样就可以把它们拍下来。威尔逊设计了一种仪器,使水蒸气凝结成云。当时人们认为,水蒸气要凝结,每一滴雾滴都要有一个尘埃核心。威尔逊小心翼翼地从仪器上除去灰尘,发现水蒸气凝结并不需要尘埃,而且当用X射线照射云室时,云层立刻出现;于是他进行了一个精彩的实验,让放射性物质发射出的粒子穿过水蒸气过饱和的空气,这样粒子轨迹就呈现出细小但可见的云状线条,证明了凝结现象是以离子为中心发生的。
他经过四年的研究,得出当无尘空气的体积膨胀率为1.25时,负离子开始成为凝结核心;膨胀率为1.28时留学之路,负离子全部成为凝结核心;正离子的膨胀率为1.31;1.50时,离子开始成为凝结核心,膨胀率为1.35时全部成为凝结核心。另一方面,他也指出,离子的电荷对水蒸气分子施加力,有助于雾滴膨胀。
他于1896年获得物理学博士学位。
1900年,威尔逊博士成为剑桥大学物理学讲师、物理演示法教师;1900年,他当选为皇家学会会员;1911年,他获得休斯奖章。
1912 年,威尔逊在云室中加装了一台照相机,用来捕捉带电粒子的轨迹,使云室成为研究辐射的重要仪器。他利用这个云室捕捉到了阿尔法粒子的图像。
1913 年绝热膨胀,威尔逊在气象台担任气象物理观察员。1916 年,他开始研究闪电。1918 年,他成为大气电学讲师。1925 年,他被任命为剑桥大学杰克逊自然哲学教授,直到 1934 年退休,他才回到苏格兰。
在此期间,威尔逊发明了一种灵敏的静电计,利用系留气球升到不同的高度,测量大气中的电场。他发现在晴朗的天空中,总有一个指向地面的电场,电位梯度为 100V/m 至 200V/m。整个地球的总负电荷约为 5×105C。威尔逊从云室研究中知道,聚集在带负电的核心中的水滴更大,他相信雨云一定是顶部带正电,底部带负电,这样雨水落下就会使地球带负电。
威尔逊于1920年获得剑桥哲学学会霍普金斯奖,1921年获得爱丁堡皇家学会冈宁奖,1922年获得皇家勋章,1925年获得富兰克林研究所霍华德·波兹奖章,并与美国物理学家康普顿共同获得诺贝尔物理学奖。1937年,他被英国女王封为爵士。
1956年,已经87岁的威尔逊教授发表了关于闪电的理论。他发明的威尔逊云室被广泛应用于辐射、X射线、宇宙射线和其他核现象的研究。1959年11月15日,威尔逊在英国皮布尔斯去世,享年90岁。