弗里茨·斯特拉斯曼
Fritz Strassmann1902–1980 · 生于德国博帕德(莱茵兰) · 德国
全欧洲盯着「超铀元素」找了四年,最后判决是由一架分析天平做出的——那个东西怎么结晶都不肯离开钡,因为它本来就是钡
「莉泽·迈特纳是我们这个团队里在思想上领头的人。」
—— 斯特拉斯曼晚年谈话,转引自西梅《莉泽·迈特纳与裂变:发现之后的余波》(1991)
1938 年 12 月下旬的柏林达勒姆,一间实验室里,两个化学家在做一件他们自己都不相信的事:一遍遍地结晶、过滤、称量,想把一种放射性物质从钡里分出来。分不出来。
哈恩在给迈特纳的信里写下那句有名的话:这个结论「与核物理学的一切经验相抵触」。而把他逼到这个结论前的,是身边那个比他年轻二十三岁、没有教职、拿半薪的助手。
斯特拉斯曼是分析化学家,本站第二个主业不在物理的人(第一个是戴维)。他进得来的理由很具体:裂变这件事在物理上说不通、只有化学说得通的那几天里,分辨的手艺是他的。
一个不肯入会的人
斯特拉斯曼是分析化学出身。1929 年他带着博士学位和一笔奖学金进入威廉皇帝化学研究所,本来打算待两年就去工业界——那是当时德国化学博士最常走的路。
1933 年这条路断了。德国化学会被纳粹改组,要求会员表态效忠;他退了会。后果立刻而具体:没有专业学会的背书,工业界的门关上了,大学的任教资格也申请不了。他把这件事说得很平淡——他只是不想加入。
留下来的代价是收入。奖学金到期后,他一度在研究所里几乎白干;1935 年迈特纳替他争取到一个半薪助理的职位,他就靠这个留了下来。后来他回忆说,正因为在外面无路可走,他才有机会待在那间屋子里,赶上了那件事。
化学家的一把尺子
1934 年费米用中子轰击铀,得到一堆认不出来的放射性产物。所有人——费米、哈恩、迈特纳、巴黎的伊雷娜·居里与萨维奇——都按同一个思路解释:核吸收中子变重,衰变成 93 号、94 号元素。四年里,欧洲三个实验室在比赛谁先把这些「超铀元素」的谱系排完。
问题出在其中一种产物上。它的化学行为像镭,可镭是 88 号,从 92 号的铀一步跳到 88 号,要连着甩掉两个 α 粒子——当时公认的能量条件根本不允许。
化学上,镭必须靠钡做载体才能操作,因为两者同族、性质几乎一样。所以「像镭」和「像钡」在大多数分析手法下是同一件事。斯特拉斯曼用的是分级结晶:反复结晶时镭会一点点富集到晶体里,钡不会。他准备了已知的镭标样做对照,一轮轮做下去。
标样按预期富集了。那个神秘产物没有。它跟着钡走,一步都没分开——它本身就是钡。
12 月 19 日深夜,哈恩把结果写信寄给已经流亡到瑞典的迈特纳,信里说「它也许真的可能是钡」。论文 12 月 22 日投出,1 月 6 日见刊。文章里那句著名的自我怀疑是化学家的措辞:作为「核化学家」,他们不得不说这是钡;但作为「与物理学多少沾边的人」,他们还下不了这个决心。
物理上的解释是迈特纳和弗里施在圣诞节的雪地里给出的:核不是被削掉一角,是被表面张力撑不住、劈成了两半,每次放出大约两亿电子伏。他们给它取名 fission——裂变。
被漏掉的名字
1944 年的诺贝尔化学奖只发给了哈恩一个人。这件事后来被反复讨论的焦点是迈特纳的缺席,而斯特拉斯曼的名字同样不在上面——尽管那篇论文的关键实验是他做的。
他自己对这两件事的态度并不一样。对自己被漏掉,他没有多说;对迈特纳被漏掉,他一直说。晚年他讲过一句被广泛引用的话:莉泽·迈特纳是他们那个团队里在思想上领头的人。在很长一段时间里,德国国内倾向于把裂变说成一项「纯化学的、纯德国的」成就,这句话正好顶在那个说法上。
1966 年,美国把恩里科·费米奖同时发给了哈恩、迈特纳与斯特拉斯曼三个人。那是这三个名字唯一一次被并排写在同一张奖状上。
1943 年,家里多了一个人
这一段与核物理无关,却是他一生里风险最高的实验。
1943 年,他与妻子玛丽亚把犹太音乐家安德烈娅·沃尔芬施泰因藏进自己家中,前后数月。他们当时住的公寓里有一个支持纳粹的女管家,邻居也不可靠;家里还有一个三岁的儿子。被发现意味着全家的命。
1985 年,以色列犹太大屠杀纪念馆追授他与妻子「国际义人」称号。
战后
战争结束时研究所已疏散到德国南部的泰尔芬根。哈恩被英军带去英格兰拘留,斯特拉斯曼留在原地。1946 年他到美因茨大学任无机化学与核化学教授,在一片废墟上建起了德国战后第一个核化学研究所;他也参与筹办了那里的研究反应堆。
1957 年,十八位西德物理学家发表《哥廷根宣言》,反对联邦国防军装备核武器。斯特拉斯曼是签名者之一。他在 1938 年那间屋子里做的事,让他比大多数人更清楚那件东西是怎么开始的。
代表方程
两种读法
上一行是 1934 至 1938 年间全欧洲的共识:中子被吸收,核变重,往下依次衰变成 93 号、94 号「超铀元素」。下一行是实验里真正发生的事——核裂成了两块,其中一块是原子序数只有 56 的钡。四年里没人往这个方向想,因为它意味着核可以被劈开。
分级结晶:判决用的那把尺子
镭与钡是同族,化学性质几乎一样,所以痕量的镭必须靠常量的钡「带」着才能操作——这正是当年把它们认混的原因。但两者并非完全一样:反复结晶时镭会一点点富集到晶体里(),钡则不会。斯特拉斯曼把这个微小差别用到极致:如果那个放射性物种真是镭,它就该随着结晶一次比一次浓;结果它始终跟着钡走,一步都没分开。