瓦尔·菲奇

1945 年 7 月 16 日凌晨，新墨西哥州的沙漠里，一个二十二岁的陆军技术兵守在「三位一体」试验场。爆炸之后，他遇到一名没人事先告诉过会发生什么的警卫，「脸色煞白，满脸惊骇」。他只说了心里想的那句话：「战争快结束了。」

这个年轻人叫瓦尔·菲奇。据同事为他写的讣告，那次试验的引爆信号，就是从他设计制作的装置里发出的。二十年后，他将和詹姆斯·克罗宁一起，在一束中性 K 介子里看到物理学家以为绝不会发生的事。

牧场与风车

菲奇 1923 年生在内布拉斯加州彻里县的一座养牛牧场，离南达科他州边界不远；1890 年的伤膝河屠杀就发生在西北方约四十英里处，他的父母搬上牧场时，那件事才过去二十年。他父亲二十岁就置下了四平方英里多的牧场；因为关心邻近保留地的苏族人、能说一点他们的语言，被授予荣誉酋长的称号。

他出生后不久，父亲骑马摔伤，全家搬到二十五英里外的戈登镇，父亲改做保险。菲奇回忆牧场，记得的不是围捕和烙印牛群的浪漫场面，而是给风车上油、修篱笆。他在家里的地下室搭了个「实验室」，还单独接了保险丝盒，免得把全家的电弄断。

穿军装的技术员

1943 年 3 月，在查德伦州立学院读书的菲奇应征入伍，经陆军专业训练计划被选进曼哈顿计划，派到洛斯阿拉莫斯，在英国代表团的蒂特顿手下工作。实验室当时很小，一个穿军装的技术员也能见到费米、玻尔、查德威克、拉比这些人工作的样子。

他在那里待了三年，把实验物理的手艺学扎实了。他注意到，最有成就的实验家往往也最懂电子学，于是电子学成了他最先掌握的技术。他更看重的是另一课：面对一个新现象，不要只想着手头现成的仪器，要让思路自由游走，发明新的测法。

μ 子原子：原子核只是只「小虾」

战后，洛斯阿拉莫斯物理部主任巴彻邀他去康奈尔当研究生助教，但他本科还没读完，便去麦吉尔大学拿了电气工程学位，1948 年进入哥伦比亚大学，跟雷恩沃特做论文。

有一天，雷恩沃特递给他一份惠勒的预印本，讲的是 μ 子原子：μ 子被原子核俘获后，因为比电子重约两百倍，轨道紧贴着原子核，重核里 1s 能级对核的大小极其敏感。那时还没人看到过这种原子发出的射线。恰好哥伦比亚的尼维斯回旋加速器刚投入运行，碘化钠闪烁晶体和配套的新型光电倍增管也刚出现；缺的多道脉冲幅度分析器，菲奇凭洛斯阿拉莫斯的经验自己设计、带着一位技师造了出来。

他们差点完全错过信号。惠勒用当时公认的核半径算出铅的 2p→1s 跃迁约 4.5 MeV，谱仪就对准那一段，一连几天什么也没有。雷恩沃特建议放宽范围，峰才出现——在 6 MeV。原子核比从其他效应推出的小得多。1953 年的结果上了《纽约时报》头版，与希拉里登顶珠峰并列；《纽约每日新闻》的标题是：「裂变的坏日子：原子核不过是只小虾。」

τ 与 θ

1954 年菲奇转到普林斯顿，此后二十年几乎都在研究 K 介子。他后来说，K 介子是正奇异数粒子里唯一的一对，他当时隐约觉得，要是这一切终有一天能弄明白，关键也许就在它们身上。

第一个难题是 θ–τ 之谜：两种粒子质量相同，一个衰变成两个 π、一个衰变成三个 π，宇称相反。菲奇和研究生莫特利在布鲁克海文的 Cosmotron 上用纯计数器方法测了两者的寿命，与伯克利阿尔瓦雷斯组同时发表：寿命也一样。这把局面推到了李政道与杨振宁面前——两者就是同一种粒子，宇称在弱相互作用里不守恒。为了从束流里干净地挑出 K 介子，他发明了一种按速度筛选的切连科夫计数器，后来被人称作「菲奇计数器」。

「我们自己起初也不信」

宇称倒下之后，朗道等人指出，把宇称变换与粒子-反粒子互换合起来做，也就是 CP，弱相互作用仍然对称。这样一来，盖尔曼与派斯 1955 年预言的中性 K 介子图景可以原样保留：CP 奇的长寿命 $K_2$ 永远不会衰变成两个 π。

1963 年，克罗宁的火花室能挑着触发、精确定位径迹。那年春天，菲奇提议把这台谱仪搬到布鲁克海文的交变梯度同步加速器上，与克里斯滕森、蒂尔莱一起系统研究三件事：K 介子的再生、他们所谓的 CP 不变性，以及中性流。追再生是因为阿代尔小组刚在气泡室里报了一个反常；至于查 CP，菲奇说：「研究 CP 不变性这件事，没几个同行会看好，但我们还是做了。」

实验里的两 π 事例要满足两个条件：两个 π 的总动量要对准入射束的方向，算出的母粒子质量要等于 K 介子质量。精细测量后，前向峰里约有 56 个事例，本底 11 个。菲奇在诺贝尔演讲里承认：「我们深知这个结果的分量，说实话，我们起初自己也不相信。」四个人花了将近半年想别的解释，一个也没成立。

把破坏钉死

论文发表后，还有人怀疑：那两个「π」真是普通的 π 吗？会不会伴随着一个能量极低、没被看到的第三个粒子？菲奇用一个漂亮的实验回答了这个问题。

在长寿命 K 介子的束流里放一块再生体，会重新造出一些短寿命 K 介子，它们也衰变成两个 π。如果长寿命 K 介子的两 π 衰变是真的 CP 破坏，两个振幅就会相干叠加。1965 年，菲奇与罗斯、拉斯、弗农把 0.5 毫米的铍片隔 1 厘米排开，做成密度只有正常二十分之一的「稀疏」再生体，让再生振幅恰好与 CP 破坏振幅一样大。结果两 π 计数涨到约四倍——完全的相长干涉。克罗宁后来说，这个实验排除了其他解释：它甚至能让人分辨一个世界是物质做的还是反物质做的。

意外的乐趣

1976 年菲奇出任普林斯顿物理系主任。1980 年，他与克罗宁共获诺贝尔物理学奖。在诺贝尔演讲里他强调，这是一个纯粹的实验发现，事先无论理论还是实验都没有任何征兆；十六年过去，仍然没有令人满意的解释。他引用刘易斯·托马斯的话作结：衡量一项工作的质量，要看它引起的惊讶有多强烈。

他在自传里写道，从一座养牛牧场出发、最后站到斯德哥尔摩领奖，先验地看是极不可能的事。2015 年 2 月，菲奇在普林斯顿去世，享年 91 岁。同事在讣告开头引了他的一句话：「我母亲总说，做了值得称赞的事，让别人去称赞，别自己夸自己。」