曼内·西格巴恩（1924年诺贝尔物理学奖得主）
曼内·西格巴恩（1924年诺贝尔物理学奖得主）
| 出生 | 1886年12月10日 瑞典厄勒布鲁 |
|---|---|
| 逝世 | 1978年9月26日（91岁） 瑞典斯德哥尔摩 |
| 国籍 | 瑞典人 |
| 身份 | 物理学家 |
| 获奖年份 | 1924年 |
| 奖项类别 | 诺贝尔物理学奖 |
| 获奖理由 | 在X射线光谱学领域的发现和研究 |
生平
卡尔·曼内·格奥尔格·西格巴恩（Karl Manne Georg Siegbahn）1886年12月10日出生于瑞典中南部厄勒布鲁。父亲乔治·西格巴恩是瑞典国家铁路局的一名官员，母亲埃玛·索菲亚·玛蒂尔德·齐瑟尔出身于德国裔公务员家庭。1897年父亲调任至哈尔姆斯塔德，西格巴恩在那里完成了中学教育。
1904年西格巴恩进入隆德大学学习物理学、数学和化学。他的导师约翰内斯·里德伯——正是那位因发现氢光谱里德伯公式而闻名的人物——很快注意到西格巴恩的才能。里德伯去世后，西格巴恩在1907年完成了他的学士学位，1911年获得博士学位并在同年被任命为隆德大学物理学讲师。
1912年西格巴恩接替退休的里德伯成为隆德大学物理学教授。他将研究方向从里德伯传统的光谱学转向X射线光谱学——当时这一领域正处于巴克拉发现特征X射线和莫塞莱建立原子序数定律之后的高速发展期。西格巴恩在隆德工作了十二年，在这里建造了一系列越来越精密的高真空X射线光谱仪，将X射线波长的测量精度提升到了前所未有的高度。
1923年西格巴恩受聘为乌普萨拉大学物理学教授。1937年他调到斯德哥尔摩，担任瑞典皇家科学院物理学教授和新建的瑞典皇家科学院诺贝尔物理研究所（后更名为曼内·西格巴恩研究所）首任所长。他在这里继续领导X射线光谱学研究直到1964年正式退休。
西格巴恩的儿子凯·西格巴恩子承父业，在X射线光电子能谱学（XPS，又称化学分析用电子能谱ESCA）领域做出了开创性贡献，获得了1981年诺贝尔物理学奖——这是诺贝尔奖历史上罕见的父子双奖佳话。西格巴恩1978年9月26日在斯德哥尔摩去世，享年91岁。
学术生涯
西格巴恩的学术生涯核心是发展X射线光谱学并将其从定性工具提升为精确定量工具。巴克拉用吸收法区别了K系列和L系列特征辐射，但无法精确测定其波长。莫塞莱虽然建立了原子序数与特征X射线频率之间的关系，但他的实验范围局限于较轻的元素，且精度有待进一步提升。
西格巴恩设计了一台基于晶体衍射原理的精密X射线真空光谱仪（西格巴恩光谱仪），允许X射线在高真空中通过分光晶体进行布拉格衍射，由此精确测定其波长。这台仪器的核心创新在于：高真空环境消除了X射线在空气中的吸收损耗；精密分度机构使角度测量达到角秒量级；可更换的各种分光晶体（如方解石、岩盐、黄铁矿）覆盖了从软X射线到短波长X射线的宽广范围。
利用这台设备，西格巴恩系统测量了几乎所有元素（从锂到铀）的K系列和L系列特征X射线谱线的波长，精度高达万分之一。他发现了许多此前未被观察到的精细谱线，并将莫塞莱定律的适用范围扩展到了所有已知元素。对这些精确波长的分析揭示出原子内部更细节的结构——例如，部分谱线出现的精细分裂（后来被解释为相对论效应和自旋-轨道耦合的结果）。
在更长的波长远端（"软"X射线区域，波长在几到几十埃），西格巴恩也取得了重大进展。他探测到了原子外层（M系和N系）的X射线跃迁——这比内层的K系和L系复杂得多，因为外层能级受到化学键合和固体效应的影响。他的数据为理解多电子原子的复杂能级结构提供了实验基础。
此外，西格巴恩还精确测定了普朗克常数h——利用X射线波长和已知的晶格常数，他求得h=6.600×10⁻³⁴J·s，在当时是最精确的测量值之一。
获奖成就
西格巴恩因"在X射线光谱学领域的发现和研究"获得1924年诺贝尔物理学奖。颁奖典礼上，瑞典皇家科学院院士高度赞扬他的工作"使X射线光谱学达到了近乎完美的高精度，几乎每一种元素的X射线光谱现在都已被我们精确知悉。"
西格巴恩1925年正式从瑞典国王古斯塔夫五世手中接过诺奖。他的获奖在瑞典国内引起了特别的关注——这不仅是因为他是一位瑞典科学家，更因为他的工作完美地延续了瑞典光谱学的传统——从安斯特伦到里德伯到西格巴恩，瑞典在光谱学领域的地位在这一刻达到了顶点。
历史贡献
西格巴恩对X射线光谱学的系统化和精确化为原子物理学奠定了一整套可靠的数据基础。他的X射线波长数据后来成为晶体学的核心工具——通过测量X射线的衍射角，可以反过来精确计算晶体的面间距，从而确定晶体结构。这意味着西格巴恩的工作间接支撑了X射线晶体衍射分析的整座大厦。
在元素鉴定方面，西格巴恩建立的X射线波长数据表使得X射线荧光分析成为一种高度可靠的元素分析方法。他建立的原子特征X射线数据库至今仍是材料科学和化学分析的基础参考资料。
西格巴恩设计的精密X射线光谱仪为后世的实验物理学提供了范本。他的技术路线——高真空间隙、精密分光晶体、灵敏探测器——一直延续到现代X射线光学设备中。他发明的真空分光计结构至今仍在使用，只是用更先进的晶体和电子探测器取代了原始的光电记录手段。
西格巴恩研究所以他的名义运作至今，持续推动着X射线物理学和原子物理学的进步。他的儿子凯·西格巴恩把家族传统从X射线光谱学延伸到X射线光电子能谱，获得了自己的诺贝尔奖。在隆德大学和乌普萨拉大学，西格巴恩留下的仪器的复制品和传统仍被学生们用作教学展示。
轶事典故
西格巴恩在隆德大学做X射线光谱实验时，长期处于经费紧张状态。他自述最困难的时候曾用旧自行车钢丝自制分光仪弹簧，用废弃的试验管缠绕线圈。有一次他向瑞典皇家科学院申请拨款购买一块高质量方解石晶体做分光器，被驳回后他自己乘车前往一个远郊的采石场，花了一个月时间亲手打磨出一块可用的方解石——这块"手工晶体"做出的第一批测量数据直接确定了好几种新发现的谱线。
西格巴恩的全名——卡尔·曼内·格奥尔格·西格巴恩——说明了他的瑞典名"曼内"实际上是中间名而非官方姓，但他在国际学术生涯中一直使用曼内·西格巴恩。他的儿子凯·西格巴恩同样以"凯"著称于世，父子两代以各自的方式为X射线物理做出了卓越贡献。1981年凯·西格巴恩携夫人和子女来到斯德哥尔摩领奖时，特意在校庆典礼上展示了他父亲当年使用的一部分自制光谱仪的零件，以此向父亲致敬。
参考文献
1. Siegbahn, M. (1914). Precision Measurements in the X-Ray Spectra. The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine, 28: 663–683. 2. Siegbahn, M. (1925). Spektroskopie der Röntgenstrahlen. Springer-Verlag. 3. 《X射线光谱学手册》, 科学出版社. 4. Nobel Foundation: Manne Siegbahn – Biographical. nobelprize.org. 5. 《瑞典科学家传记词典》, 斯德哥尔摩大学出版社.