羅伯特·C·理查森（1937-2013）

呂吉爾/編譯

羅伯特·C·理查森

在實驗物理學方面作出突出貢獻的諾貝爾物理學獎得主、美國康奈爾大學佛洛伊德·R·紐曼物理學教授羅伯特·C·理查森 （Robert C.Richardson）——同事們習慣稱他為鮑勃（Bob）——因心臟病發作，于2013年2月19日在紐約州伊薩卡鎮去世，終年75歲。

作為一名在實驗物理學領域表現出卓越才能的科學家，鮑勃總是充滿活力和熱情挑戰各種難題，他的職業道德素養和深刻洞察力是人們學習的楷模。在他的職業生涯中，鮑勃獲得過無數榮譽和獎勵，包括因1972年發現液態氦-3的超流性而與他的博士生道格拉斯·奧謝羅夫（Douglas Osheroff）、康奈爾大學的戴維·莫里斯·李 （David Morris Lee）共同獲得1996年度諾貝爾物理學獎；他們三人還分享過1976年英國物理學會第八屆弗朗西斯·西蒙爵士紀念獎和美國物理學會1981年凝聚態物理學奧利弗·巴克利獎——美國物理學會頒發的凝聚態物理學最高獎。

因色盲將目標轉向物理學

鮑勃于1937年6月26日出生，盡管他不記得小時候對科學有什么特別的興趣，但在上小學時便對歷史產生了濃厚的興趣。他還因學習成績優異在老師的認可下跳過級。1954年，高中畢業后鮑勃進入弗吉尼亞理工學院學習。上大學后，鮑勃以為自己將來會成為一名電氣工程師，但很快就發現自己對機械制圖等課程不感興趣，并因此試著將興趣轉向化學。在學習過程中，鮑勃發現自己在定量分析方面有困難，無法很準確地辨別溶液的顏色，特別是從紅色轉成藍色時。原來他是色盲。成不了化學家的鮑勃最終將目標轉向了物理學，而且一干就是幾十年。

1958年，鮑勃從弗吉尼亞理工學院畢業獲得物理學學士學位，又接著在該校讀研究生，并于1960年獲得物理學碩士學位。在美國陸軍軍械部隊服役6個月后，他報考了杜克大學博士研究生。在那兒，他對固態氦-3進行了一系列脈沖核磁共振（NMR）實驗，并于1965年獲得物理學博士學位。期間，他的導師是物理學家霍斯特·邁耶（Horst Meyer）。鮑勃的博士論文具有里程碑的意義，即氦-3核自旋間的交換作用。他的研究為核磁共振相變在較低溫度下發生帶來了希望。

當初他來到康奈爾大學的時候，一個通過坡密朗丘克冷卻研究項目正在進行，即通過把液態氦-3絕熱壓縮成固相而達到低于1 mK的溫度。之后，鮑勃加入了康奈爾大學的低溫物理學小組。1968年他成為助理教授，先后擔任過學校原子和固態物理實驗室主任、校長高級科研顧問及科研副教務長。

氦-3超流體的發現在天體物理學上有著獨特用途——通過使用相變產生的氦-3超流體可以驗證宇宙中如何形成所謂宇宙弦的理論。氦-3超流體的發現不僅對凝聚態物理學研究起到了推動作用，而且在其發現過程中使用的核磁共振方法開創了利用核磁共振技術進行斷層檢查的先河。如今，核磁共振斷層檢查已發展成為醫學診斷的普遍手段。

遇挫折想方設法找出原因

鮑勃具有敏銳的分析能力和使不完的勁，晚上也經常在實驗室里轉悠，并在坡密朗丘克冷卻的早期實驗中作出了巨大貢獻，包括對固態氦-3的連續波NMR磁化率研究和脈沖NMR研究，提供了最早的自旋擴散行為實驗演示。在1971年11月下旬的一個晚上，鮑勃的學生奧謝羅夫觀察到氦-3溶解曲線上有細小的異常后，包括鮑勃在內的實驗人員都難以遠離實驗室了。

在觀察到這些情況后，眾多理論家作出的悲觀預言加其他小組用絕熱退磁觀察超流體氦-3的失敗，一度斷絕了鮑勃及其同事在任何可達溫度條件下發現超流體氦-3的念頭。為此，他們不得不考慮觀察到的效果是否與液態氦-3、或是與坡密朗丘克電池中的固態氦-3相關聯。最終，他們確定把觀察到的結果歸因于固態氦-3。到了1972年暮春，鮑勃及其同事們的NMR測量清楚地顯示，溶解曲線異常與液態氦-3的兩個新相位相關聯。

羅伯特·理查森在二戰期間服役時的照片

一個有利的選擇是對應于庫珀對中電子間的相互旋轉的帶軌道角動量的p-波配對，以及——根據泡利不相容原理——導致其中之一凈核自旋的三重配對[分別由菲利普·安德森（Philip Anderson，1977 年 諾貝爾獎得主）、皮埃爾·莫瑞爾（Pierre Morel）等人提出的狀態是可能的選擇對象]。當NMR實驗在進展的同時，鮑勃訪問了英國蘇塞克斯大學并遇見了安東尼·萊格特（Anthony Leggett,世界公認的低溫物理學領袖，2003年諾貝爾物理獎得主）。通過求和規則，后者很快用超流體配對解釋了NMR結果，并在后來形成了符合 Anderson-Morel態和 Balian-Werthamer態的完整自旋動力學理論。

科學界中的“快樂科學勇士”

在發現流體氦-3后不久，鮑勃和他的學生威廉·霍爾珀林（William Halperin）等人，觀察到期待已久的固態氦-3核磁相變。這一發現在世界范圍內掀起一場爭相描述其相位特征的競爭。后來，鮑勃和他的學生們進行了一系列漂亮的NMR實驗，演示了液態氦-3中核矩與微小氟碳珠中氟核矩間的交叉弛豫現象。

在接下去的幾年中，鮑勃率先建造了使更低溫度得以常規實現的微開實驗室（1986年竣工）。在較晚的一些實驗中，他開始對涉及在微開溫度條件下能量傳輸的“熱”電子、NMR和核四極共振的研究。

作為一名教師，鮑勃對教學也作出了有益的貢獻。他的公開課令人影響深刻，包括激動人心的高溫超導和其他低溫現象的演示。他是美國科學院院士、芬蘭科學院外籍院士、中國長安大學名譽教授。

鮑勃曾在美國科學院下屬的委員會任職，負責研究政府對科學的支持。2005年，鮑勃幫助撰寫了美國科學院具有里程碑意義的報告，題為《迎擊風暴——開創美國經濟的光明未來》。在報告中，針對美國在科學技術發展上存在的短板和錯誤，他建議改變研究機構和高等院校專項基金的運作方式，和在中小學改變科學技術的教學方式，政府應更多地投資科學、技術、工程和數學教育以及加強研究生的培養。

縱觀鮑勃的一生，他那始終充滿著的工作熱情和樂觀精神，稱得上是一名真正的 “快樂科學勇士”，而對那些有幸領略過其迷人魅力的人來說，是一個極大的鼓舞。科學界將深深地懷念他，康奈爾大學的同事和學生將永遠地懷念他。