乔治·夏帕克（1992年诺贝尔物理学奖得主）

乔治·夏帕克（Georges Charpak，1924年8月1日—2010年9月29日），法国物理学家，1992年获得诺贝尔物理学奖，以表彰其发明多丝正比室（Multi-Wire Proportional Chamber, MWPC）——一种革命性的粒子探测器，彻底改变了高能物理实验的面貌。

基本信息 ├─ 出生：1924年8月1日，波兰杜布罗维察（今乌克兰罗夫诺） ├─ 逝世：2010年9月29日（86岁），法国巴黎 ├─ 国籍：波兰（1924–1936）→ 法国（1936年后） ├─ 民族：犹太裔 ├─ 母校：巴黎高等矿业学院（1948年）、法兰西公学院（博士，1954年） ├─ 知名于：多丝正比室、粒子探测器、气体探测器 ├─ 获奖：诺贝尔物理学奖（1992年）、欧洲物理学会高能与粒子物理奖 ├─ 师承：弗雷德里克·约里奥-居里

一、生平

1924年，夏帕克出生于波兰沃里尼亚的一个犹太家庭。1936年全家迁往法国巴黎，以及时躲过纳粹对东欧犹太人的迫害。

二战期间，夏帕克参加了法国抵抗运动，因通敌者告密于1943年被维希政府逮捕，后被纳粹送入达豪集中营。他在集中营幸存，1945年获释。这段经历令他终生致力于人权和和平事业。

战后夏帕克进入巴黎高等矿业学院学习，1948年毕业。后在弗雷德里克·约里奥-居里的巴黎核物理研究所读博士，1954年获得博士学位。1959年，他加入欧洲核子研究中心（CERN），直到1991年退休。夏帕克在CERN度过的30多年是实验粒子物理的金色年代。

2010年，他在巴黎去世，享年86岁。

二、学术生涯

夏帕克在CERN面临的具体问题是如何高效率探测大量粒子轨迹，以应对越来越高的粒子加速器能量和碰撞率。1968年之前的粒子探测器包括云室、气泡室和火花室。云室和气泡室空间分辨率好但不快，火花室快但信息有限，且灵敏体积小。

1968年，夏帕克提出了一个简单但极其巧妙的设计：在一个充满气体（通常为氩气与二氧化碳的混合气体）的扁平容器中，平行排列数十根细金属丝（阳极丝），在每根阳极丝和上下金属箔（阴极）之间施加高压。当带电粒子穿过气体时，电离产生的电子在丝周围的强电场中发生雪崩放大，产生可被电子学系统读取的脉冲信号。每根阳极丝独立放大，从而能够同时记录多个粒子轨迹。

多丝正比室在时间分辨率和位置分辨率上实现了数量级飞跃。到达事件率的灵敏极限从每秒几个提高到数十万个，位置精度达到亚毫米级，且输出可以直接进入计算机进行实时分析。

这一发明在1970年代后期改变了高能物理实验。CERN、费米实验室等大型实验迅速采用多丝正比室以及后来更进化的漂移室（另一气体探测器类型）取代了所有的气泡室和火花室。

夏帕克此后继续开发了一系列气体探测器变种，包括漂移室（drift chamber）、时间投影室（time projection chamber）和环形成像切伦科夫计数器（RICH）。他还参与了在CERN和各个中子源进行同步辐射探测的应用推广。

三、获奖成就

1992年诺贝尔物理学奖单独授予夏帕克——"以表彰他发明和改进了粒子探测器，特别是多丝正比室"。（这是他罕见的诺奖未与分享者并列的案例。）

夏帕克于1985年当选法国科学院院士，1991年当选美国国家科学院外籍院士。他还获得了欧洲物理学会高能与粒子物理奖、法国荣誉军团骑士勋章等荣誉。

四、历史贡献

1. 粒子探测革命：多丝正比室使高能物理实验通量从每秒数次提高到十万次以上，使人们能从稀有望例子中采集足够统计数据来验证标准模型。没有多丝正比室，1970年代至1980年代的大多数高能物理发现（J/ψ粒子、W和Z玻色子等）几乎不可想象。 2. 派生技术：漂移室、TPC、RICH等派生产品进一步扩展了粒子探测能力，其中时间投影室成为当代高能物理实验的标配。 3. 跨学科应用：夏帕克的探测器技术被移植到医学成像（正电子发射断层扫描PET的原理类比以及X射线成像增强）、生物物理（蛋白质晶体学）和工业无损检测领域。 4. 科学民主化：夏帕克曾将气体探测器制作方法尽可能简化，使发展中国家也可以用较低成本建造粒子实验设备。

五、轶事典故

夏帕克的二战经历是他性格的基石。达豪集中营的幸存使他对专制和压迫极度敏感。晚年他致力于推动全球核裁军和反对地雷使用。

夏帕克发明多丝正比室的故事带有经典"车库发明"色彩。1968年CERN的实验气压处于上升态势时，他抽身出来在自己相对小规模的实验室里测试"多根丝同时放大"的方案。当他首次成功展示雏型后，CERN的同事对他的发明并不热情，因为CERN已经投入巨资在气泡室上。但很快，实验物理界就认识到MWPC的潜力。

夏帕克对科学教育也有持续投入，退休后他编写了大量面向公众的原子物理和粒子物理科普读物，常出现在法国电视的科普节目中。

六、参考文献

1. Nobel Foundation. "Georges Charpak – Biographical." Nobel Prize in Physics 1992. 2. Charpak, G. (1993). "Electronic imaging of ionizing radiation with limited avalanches in gases." Reviews of Modern Physics, 65(3), 591–598. (诺贝尔演讲) 3. Charpak, G. (1970). "Multi-wire proportional chambers." Physical Review Letters, 24(20), 1154–1158. 4. Charpak, G., & Sauli, F. (1984). "Multiwire proportional chambers and drift chambers." Nuclear Instruments and Methods, 225(3), 627–636. 5. Sauli, F. (1977). "Principles of operation of multiwire proportional and drift chambers." CERN Report 77-09. 6. Charpak, G., & Garron, J. P. (2002). "La science pour tous: atome, particules et rayonnements." Odile Jacob.