巴丁── 兩次諾貝爾物理獎得主

THE MERIT TIMES

文／張瑞棋　 2023-03-27

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圖／123RF

文／張瑞棋　

諾貝爾獎設立至今超過百年，唯一人曾得到兩次諾貝爾物理獎，猜猜是誰？居禮夫人？不對，她拿的一次是物理獎，另一次是化學獎。愛因斯坦？可惜他只得過一次。霍金？很遺憾他仍未獲得諾貝爾獎委員會青睞。

獲此殊榮的，是出生於1908年的美國物理學家巴丁（John Bardeen）。對大多數人來說，巴丁這個名字相當陌生，因為一般教科書應該不會提到他，而他本人又相當低調乏味，自然難以成為媒體的報導對象。

物理精英實驗精湛

第二次世界大戰結束後，巴丁才加入貝爾實驗室，這時他已37歲。取得碩士學位後，他先在一家石油公司工作3年，才到普林斯頓大學攻讀博士，研究固態物理。貝爾實驗室新成立的固態物理研究小組招募他來，正是要借重他這方面的專才。

這個小組由蕭克利（William Shockley）領軍，任務是研發半導體零件，以取代笨重、耗電、發熱又容易損壞的真空管。雖然蕭克利比巴丁小兩歲，卻比巴丁資深，兩人都在1936年拿到博士學位，但巴丁先教了幾年書，又到海軍服務，蕭克利卻是當年就加入貝爾實驗室，因此擔任這小組主管。

不過兩年，巴丁憑藉其深厚的理論功力，搭配另一位資深同事布萊頓（Walter Brattain）的精湛實驗，於1947年底發明可以放大訊號的「三極體」。然而公司申請專利時，蕭克利發現自己明明身為主管卻未列名其中，氣憤之餘，決定獨自發明更好的方案，果然第二年發明「PN二極體」，他們三人因為電晶體這改變人類生活的世紀發明，共同獲頒1956年諾貝爾物理獎。

不過早在1951年，巴丁就因為受不了蕭克利的排擠而離開貝爾實驗室，到伊利諾大學教書，轉而研究令科學家困惑40年的超導現象：為什麼當水銀的溫度降到絕對溫度約-268.95℃以下時，電阻就會神奇的完全消失？波耳、海森堡、費曼等量子力學大師都曾試圖提出理論解釋，但都無功而返。

致力發明努力不懈

1957年，巴丁與他指導的博士生施里弗（John Schrieffer），以及博士後研究員庫柏（Leon Cooper）提出以他們姓氏第一個字母命名的「BCS理論」，以極巧妙的波函數成功解釋超導體內的電子行為，他們三人因此共同獲得1972年的諾貝爾物理獎；而日本物理家南部陽一郎隨即從BCS理論發現「自發對稱破缺」，接著才有希格斯等科學家提出解釋質量來源的「希格斯機制」。

巴丁因此成為史上唯一得到兩次諾貝爾物理獎的人。不過對於別人的恭維，他總是謙沖且幽默地回應：自己其實只得了2/3個諾貝爾獎。

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