理论教育 意大利优先发展核物理研究

意大利优先发展核物理研究

时间:2023-06-08 理论教育 版权反馈
【摘要】:留在意大利的阿马尔迪在战后成为重建意大利物理学研究的主要推动者。国家核物理研究院在一开始只是由大学的高能物理研究机构组成的联合体,其目标在于通过合作

意大利优先发展核物理研究

1.费米团队及其影响

第二次世界大战后意大利的科研系统中,物理研究是一个不可忽略的部分,其突出地位显著地体现在国家资金的投入上。1960—1961年,意大利在科学研究上的政府资金投入为390亿里拉,其中210亿里拉投入到了国家原子能委员会(Comitato Nazionale per l'Engergia Nucleare,简称CNEN);相比之下,同年度CNR的预算仅为42亿里拉(Minerva,1964)215-216。从学科发展上看,核物理在战后意大利科学研究中的这一突出地位,很大程度上源自20世纪30年代意大利人费米(Enrico Fermi,1901—1954)在该领域的成就及其影响。

费米是20世纪上半叶伟大的物理学家之一,他于1938年“因用中子辐射原子核产生放射性同位素以及相应地用慢中子引起核反应”而获得诺贝尔物理学奖。他为了保护家人不受墨索里尼政府的迫害而在赴瑞典参加颁奖典礼之后即移民到美国,但帮助他得奖的重要发现则是在意大利完成的。费米出生于罗马,他所受的全部教育都来自意大利,在完成了比萨高等师范学校和比萨大学物理学专业的博士学业之后,他于1923—1924年在德国哥廷根大学和荷兰莱顿大学进行了短期的访问,1924年回到意大利并在佛罗伦萨大学任职。1927年,费米成为罗马大学的理论物理学教授,在这一教席上一直任职到1938年离开意大利。正是在罗马大学的10年时间里,费米和他的团队取得了令人瞩目的发现。在费米的年长同事——时任意大利王国的参议员、罗马大学物理研究所主任、实验物理学教授科尔比诺(Orso Mario Corbino,1876—1937)的大力支持和保护下,罗马的费米团队在1928年组建之后的6年中发展成为世界著名的核研究中心而极少受到外界政治经济上的困扰。

图3-14 1934年潘尼斯佩尔纳街男孩在罗马大学物理所的院子里合影,从左到右依次为:达戈斯蒂诺、塞格雷、阿马尔迪、拉赛蒂、费米

罗马的费米团队是一个由年轻人通过私交和共同的兴趣而形成的一个特殊群体,因年轻而且关系亲密,这一团队被人们称为“潘尼斯佩尔纳街男孩”(Via Panisperna boys)(图3-14)。除了费米,这一团队的成员还有阿马尔迪(Edoardo Amaldi)、达戈斯蒂诺(Oscar D'Agostino)、马佐拉纳(Ettore Majorana)、庞蒂科夫(Bruno Pontecorvo)、拉赛蒂(Franco Rasetti)和塞格雷(Emilio Segre)。1938年之后,因政治环境的恶化,加上他们的保护者科尔比诺去世,包括费米在内的大部分团队成员选择了移民。留在意大利的阿马尔迪在战后成为重建意大利物理学研究的主要推动者。实际上,在费米离开意大利之前,罗马大学的物理研究所已经由旧址迁至为实现法西斯体制而建成的新大学城,更名为马可尼物理研究所(Guglielmo Marconi Institute)。1937年,费米与同事阿马尔迪、拉赛蒂在CNR的资助下建造了一个中子发生器,这一装置于1938年末至1939年初开始投入使用,而此时费米已移民美国。1939—1941年期间,留下来的阿马尔迪与由其他大学聚集而来的几个物理学家一道,利用这一中子发生和加速装置进行铀裂变的研究(Rubbia,1991)6。可以说,正是他们的工作使罗马的费米团队及其传统得以继续,并成为战后意大利核物理研究得以重新确立其主导地位的重要因素之一。

由于战争中阿马尔迪及其罗马大学团队在与核物理相关的研究工作上的坚持,使得战后罗马大学的物理研究所得以几乎没有中断地继续研究工作,研究重点主要在核物理和宇宙射线两个方面;在此基础上,罗马大学马可尼物理研究所于1945年成立了核物理与基本粒子研究中心(Centro di Studio della Fisica Nucleare e delle Particelle Elementari)(Rubbia,1991)8,实际上这两个方面也是战后意大利物理学保持领先的主要领域。

2.科研建制的转变:专职科研人员、独立科研机构及科学家的抗争

除了罗马大学物理所在学术上继承的费米及其团队的传统之外,意大利战后在核物理研究上的优先发展还在于独立研究机构的建立。在此之前,意大利科研活动集中于大学,科研体系围绕名额相当有限的终身教授而建立起来。尽管CNR于20世纪20年代开始建立,但这一组织在创办之初更像是一个宣传工具而非研究组织。战争结束后这一状况并未马上改观,CNR作为资助者,反而被少数的终身教授控制,资金被分割与分配给各个大学里的小团体和机构进行着小规模的相对低效的研究工作,这一状况实际上与CNR的促进合作与协调意大利科研活动的宗旨是相悖的(Cambrosio,1985)467。在这一体制下,一方面,年轻人如果想从事科研工作,只能在大学里谋取职位,但科研活动受控于少数终身教授,缺少鼓励年轻人在新的前沿领域充分发展的机制,从而导致年轻学者们纷纷移民国外。另一方面,意大利本土一些处于国际前沿地位的教授,尤其是站在核物理研究前沿领域的教授也对意大利科研体制和机构的现状不满,认为在意大利以大学为主的科研机构与政治经济权力结合太过紧密,造成资源分散且阻碍科学向最前沿发展,而且也影响CNR的决策(Cambrosio,1985)467-468。在此状况下,以阿马尔迪为代表的处于核物理研究前沿的物理学家开始寻求在大学之外设立由政府支持的研究机构,希望获得财政和组织上的独立,并能独立实施科研计划,进而使他们所在的大学研究机构获得更大的支持。(www.daowen.com)

正是在此环境下,与核物理有关的两个新组织在1952年前后得以成立,即国家核物理研究院(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare,简称INFN)和国家核研究委员会(Comitato Nazionale per le Ricerche Nucleari,简称CNRN)。国家核物理研究院在一开始只是由大学的高能物理研究机构组成的联合体,其目标在于通过合作来使稀有的资源得到积极的利用,其另一目标是组建一个独立的研究中心并配备同步加速器。INFN的第一任院长为罗马大学的阿马尔迪,1953年其负责宇宙射线研究的同事提出建造1 100 MeV的电子同步加速器的计划,立即得到了阿马尔迪的积极响应和支持。1953年弗拉斯卡蒂(Frascati)的同步加速器开始建造,于1959年完成,在此基础上弗拉斯卡蒂国家实验室成立,并相继建立了正负电子对撞湮灭环(ADA)、正负电子对撞机、双环正负电子对撞机等设施,成为INFN最大的国家实验室。

CNRN在1957年之前隶属于国家研究委员会CNR,致力于核能的和平利用和开发。实际上,有组织地进行核能的和平利用的研发在意大利始于1946年,米兰的一群物理学家和工程师在阿尔马迪的合作与支持下,成立了私有的研究机构意大利研究与实验中心(Centro Itliano di Studi ed Esperienze,简称CISE),并得到了来自北方的企业家的支持,进行核能的研究和设计适用于和平用途的核反应堆(Rubbia,1991)9。1957年CNRN从CNR独立出来,并招募了来自米兰CISE中心的研究和技术人员,开始实施自己的研发项目。

通过这些新型独立于大学的科研组织的建立,意大利的高能物理学家们得以获得比在CNR那里所得的更多的资金,使年轻的优秀科学家得以摆脱大学传统教习体制的束缚,得到更多的发展机会。实际上,尽管INFN等独立科研组织在20世纪50年代初得以形成,但在那个时代意大利的专职研究人员无论在数量还是地位上都低于大学教授。为保持核物理这样具有大科学特征的学科处于前沿地位,也为了物理学家们自身的前途,20世纪50年代和60年代,意大利科学界经历了一个由物理学家主导的争取科研自主权力和地位的特殊时期。核物理学家们在这一时期更像是政治家,可以说是他们利用各种可能的方式通过自身努力才使意大利科研体系和政策发生了显著改变。

1948年之前,意大利没有供专职研究人员的合法永久职位。为数不多的CNR下属的科研机构的研究人员与科学家通过不懈的罢工和其他斗争方式,使意大利于1948年正式让专职研究人员的职位合法化,但这一职位的薪水等待遇等同于中学教师且只设置了41个科学家职位。1952年,CNR的官方刊物翻译并刊出美国科学家代表团访问意大利的报告,报告强调美国科研机构利用意大利廉价的科研人员与意大利科研机构进行合作的可能性,实际上刊登此文的目的是对独立科研机构及其组织化的公开支持(Cambrosio,1985)471。1955年,为有组织地争取提高物理学研究和物理学家的地位,200多名意大利物理学家发起成立了物理研究者联合会(Associazione Sindacade dei Ricercatori di Fisica,简称ASRF)。1956年7月,CNRN向政府提交了一份1 000亿里拉的五年计划(1952—1956年的预算只有50亿里拉)。两个月之后,ASRF于1956年9月11—12日在都灵召开了第一次会议,这次会议产生了一份共同决议,围绕CNRN的五年计划,呼吁政府将较多的钱投入到核物理这样的优势学科,这样将会产生多米诺骨牌效应,带动其他学科的发展并提高国家整体科学竞争力。此外,决议的另一内容是请求政府提高研究人员的社会经济地位,其中就包括要求政府无条件地增加INFN研究人员职位的数量。决议还提出将增加CNR研究人员职位数与控制其科研活动的质量和产出相结合,改革研究机构的内部组织等。物理学家们通过都灵会议成功地给政府施加了压力,并引起部分政治家与经济团体对意大利科学机构现代化的兴趣与支持。在此后的两年中,意大利政府将160亿里拉投入CNRN,用来建设INFN的第一座同步加速器。但物理学家们仍然认为政府的改变缓慢,ASRF不停地以各种方式提醒政府应尽的责任和义务,声称物理学对于国家社会、文化和经济发展的重要性,强调基础研究与应用研究存在不可分割的关联,提醒政府如果延迟资助核能研究将导致不可弥补的危害。1959年10月5—6日,ASRF在帕维亚召开第二次会议,当得知意大利政府新一轮的预算中没有对核能研究的支持,意味着核能研究将有可能被迫停止时,会议的议程便被临时改为商议如何应对即将发生的危机。会议决定将展开一系列向政府施压的斗争行动,包括会议、抗议和罢工。为了显示这些活动并不仅仅为了“黄油面包”,而是从根本上为了意大利科学研究的发展,一个由著名物理学家组成的委员会开始负责领导罢工等一系列活动。物理学家的抗争活动一直持续到20世纪60年代中期,并得到了越来越多的社会团体的支持,包括商业联合会、学生联合会,以及林琴学院、物理学会,这使得越来越多的人关注意大利科研政策的制定。1960年核物理研究实验室的研究人员参加了为期3天的研究人员在意大利各主要城市的罢工活动和集会,迫使政府于1960年8月通过了成立国家核能委员会(Comitato Nazionale per l'Engergia Nucleare,简称CNEN,由国家核研究委员会改称)的法案,并在之后的4年投入750亿里拉的经费预算。

CNEN成立之后的三年中其规模得到迅速发展,人员一度达到2 000人。INFN在建立之初并无自己的工作人员,1967年已有研究人员340名。虽然经历了1963年的危机,但意大利核物理的优先地位并未改变,无论是资金、人力资源还是社会资源方面核物理都获得了更多,其成果也保持着领先地位。

可以说,战后意大利核物理研究的优势地位来自该学科自身的传统优势,但更来自意大利本土核物理学家对其地位和利益的有效争取,这一过程反映了意大利科学与政治之间的独特关系,也体现了战后意大利科学界是如何面临和应对大科学时代的危机和挑战的。从另一方面来说,伴随核物理学优势地位的确立和发展,意大利科学研究体系也发生着深刻的变化,在核物理这样的具有大科学特征的学科领域,独立科研机构代替了传统的大学教习制下相对分散的科研,发挥着重要的作用。与此同时,年轻的优秀科学家也在独立研究机构中找到更多的发展空间和机会,专职科研人员职位及其合法化也在意大利战后核物理发展中得以实现。

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