康普顿(Arthur Holly Compton, 1892-1962)因发现康普顿效应、威尔逊(Charles Thomson Rees Wilson, 1869-1959)因发现通过蒸气凝结观察带电粒子径迹的方法,共同分享了1927年度的诺贝尔物理学奖。

  

1920年,康普顿(左图)在华盛顿大学用X射线做散射实验。他设计并吹制了X射线管,使管子的靶和散射用的石墨靠得很近;他还设计了特制的X射线分光仪,改进了探测用的可调象限计,这些措施大大提高了X射线散射实验的检测灵敏度。通过实验,他清晰地观察到,散射后的X射线包含两种不同的波长成分:一种和入射X射线波长相同,称为不变线;另一种则大于入射X射线的波长,称为变线。他进一步精确地测量了不同角度的散射X射线,发现散射角增大时,变线的波长也加大,且变线增强,不变线减弱,这就是康普顿效应。为了对实验观察到的变线波长给予合理的解释,康普顿于1923年提出了一种新的量子理论。他认为,在康普顿效应中,一个能量为hν、动量为hν/c的X射线光子与一个自由电子 发生了保持能动量守恒的弹性碰撞。该理论还预言存在反冲电子,同年威尔逊(右图)和博特分别用威尔逊云室观察到了康普顿量子理论所预言的反冲电子。

康普顿效应的发现具有重大的科学意义:它为微观粒子的波粒二象性提供了有力的证据;直接证明了微观粒子在单次碰撞过程中能量和动量是守恒的。

1895年,威尔逊在卡文迪什实验室时便开始了他对云的形成的研究。他让水蒸气在他设计好的玻璃容器中膨胀,发现达到饱和状态的水蒸气遇到游离的灰尘或者带电离子核,便会凝结成小水珠,这就是云雾形成的原因。据此,他经过反复实验,于1911年发明了著名的威尔逊云雾室。这种云雾室,利用蒸气绝热膨胀,温度降低,达到饱和状态,当带电粒子通过时,蒸气沿粒子轨道发生凝结,从而显示粒子径迹。利用其电离密度还可以测量粒子的能量和速度。

威尔逊云雾室是历史上最早建造的粒子径迹探测器,它对粒子物理学的发展起过重大作用,正电子、μ子、K0介子和Ξ­超子等都是通过拍摄它们在云雾室中的径迹而发现的。