先前阿文曾寫了一篇「被死神搶走的桂冠(一)」介紹兩位天不假年，沒有機會等到諾貝爾獎的微中子實驗學家。這一次，阿文加碼，要為您介紹兩位一樣也是活得不夠久。沒等到諾貝爾獎的物理學家，看來，活得夠久也是得獎的一大條件呢!
第一位要為您介紹的是德國實驗物理學家漢斯·蓋格（Johannes Hans Wilhelm Geiger，1882—1945）。他出生於德國哈特河畔諾伊施塔特，他的父親威廉·路德維希·蓋格是埃爾蘭根大學教授，同時也是當代傑出的印度學家。蓋格於1902年開始在埃爾蘭根大學學習物理和數學，並於1906年獲得博士學位。他的論文是關於氣體放電。拿到學位後，他拿到英國曼徹斯特大學的獎學金，前去擔任阿瑟·舒斯特的助理。舒斯特的事蹟在「科普利獎章得主的物理學家群像(五) 兩位與太陽黑子結緣的貴公子 」中提過，就不在此贅述。舒斯特於1907年退休後，蓋格開始與他的繼任者歐內斯特·拉塞福合作，並於1908年開始與歐內斯特·馬斯登一起進行了著名的蓋格-馬斯登實驗，也就是赫赫有名的「金箔實驗」。這個實驗促使拉塞福開始思考原子的結構，得到了原子的正電荷都集中在遠比原子小的範圍內，這個實驗不只是開創核子物理的里程碑，更是觸發後來量子物理發展的重大關鍵。蓋格也因此成為測量阿爾法粒子的專家。
1911 年，蓋格和約翰·米切爾·納托爾(John Mitchell Nuttall 1890 – 1958)發現了蓋革-納托爾定律(Geiger–Nuttall law)。這是關於阿爾法衰變的重要法則。蓋格-納托爾定律表明，將阿爾法衰變的半衰期取對數後，與釋發出來的阿爾法粒子動能的平方根的倒數，是線性關係。這意味著所有發出阿爾法粒子的不穩定原子核，他們的半衰期雖然可能相差許多數量級，但是它們釋放出來的阿爾法粒子能量卻相差不多。蓋格與納托爾雖然得到這個關係，卻不明暸背後的機制。直到1928 年，烏克蘭物理學家，喬治·伽莫夫，才解開這個迷團。伽莫夫將原子核中的阿爾法粒子視為在一個位能井中的粒子。阿爾法粒子的能量雖然依照古典力學，尚不足以越過位能障壁，但是在量子力學中，粒子仍然有相當的機率能穿透位能障壁而被釋放出來，由此伽莫夫能夠輕易解釋蓋革-納托爾定律，這是波動力學非常早期的一個成功應用，所以非常有名。
1912年，蓋格被任命為位於柏林夏洛滕堡的德國國家科學技術研究所輻射研究組的負責人。在那裡，他與博特( Walter Bothe，1891—1957）和英國來的查德威克( James Chadwick）一起工作。博特於1913 年，在馬克斯·普朗克(Max Planck) 的指導下完成博士學位後，加入了蓋格帶領的研究小組，查德威克則是拉塞福的學生，拿了”1851年大英博覽會獎學金”來跟師兄學功夫。這個黃金陣容很快就因為第一次世界大戰爆發而消散。蓋格於1914 年至 1918 年在德國軍隊擔任砲兵軍官，研究工作因此中斷。博特也上了戰場，結果作為戰俘被俄國囚禁在西伯利亞一年，這一年，他致力於數學和俄語的學習，1920年他才被送回德國，此後一直在柏林洪堡大學任教，同時在柏林的國家物理工程研究所（Physikalisch-Technische Reichsanstalt）工作，直到1930年被任命為吉森大學物理學教授和物理研究所主任。 而查德威克則是因為身為英國人，戰爭爆發後結果被送去了魯赫本拘留營（Ruhleben internment camp），有興趣的讀者請參閱「變天啟示錄之親愛的，我在敵國篇:發現中子的查德威克」，就不在此贅述了。
戰後蓋格與博特又回到柏林，德國雖然進入了所謂「威瑪共和」時代，但是柏林依然是新生的共和國的首都。1923 年，美國科學家亞瑟·康普頓發現X 射線與自由電子碰撞後，除了原先頻率的X射線之外，居然量到不同頻率的X光，而且它的頻率還跟散射角有關!康普頓利用愛因斯坦光量子的理論，假設X光的光量子與電子之間發生彈性碰撞，成功地解釋了散射光頻率與角度的關係!但是幾個月之後，波爾、克拉默斯和斯拉特於 1924 年 2 月在《Zeitschift für Physik》上發表了他們的 BKS 理論，這個理論主張電子與電磁輻射交互作用時就像是以躍遷頻率振動的振子，但是這個理論主張在單一原子散射事件中能量動量並不守恆。他們也認為光一直都是連續的波動，所以他們把康普頓散射的結果解釋成伴隨自由電子的虛振子本身在碰撞後產生了隨機運動，X光散射的頻率其實可以用都卜勒效應來解釋。由於克拉默斯自認他以BKS理論為依據，成功的推導出克拉默斯公式，可以聯結物質的色散與吸收之間的關係，所以科學界針對BKS理論產生了熱烈的討論。尤其以康普頓、愛因斯坦和包立等相信能量總是守恆的陣營與相信能量守恆僅在統計上有效的波爾等人之間引發了一場爭論。
就在BKS理論發表後不久，蓋格就在同一期刊上宣布了一項測試BKS理論的實驗建議。那就是去測量碰撞後的自由電子的動量。原先的康普頓實驗，只測量散射的X光，並沒有測量碰撞後的電子。如果光量子學說是正確的，那麼物理學家可以用能量動量守恆推算電子碰撞後的能量與動量。反之，如果BKS理論是正確的，個別碰撞中電子與X光的系統的總能量與總動量並不守恆的話，那麼依照光量子理論的預測一定與實驗數據不吻合。這個實驗說起來容易。做起來可完全不是一回事，因為實驗室中X光與自由電子散射事件可不是單一事件，要確定量到的反彈電子與X光是同一次碰撞，那可就難了。
博特與蓋格的實驗設計如上圖。主要的儀器是兩個能夠檢測單一電子的蓋格針式計數器。兩個計數器被一扇很薄的鋁箔隔開，鋁箔中間有一個缺口。整個裝置被放置在玻璃中在充滿氫氣，氣壓為一大氣壓力下的球體。一束仔細校準的 X 射線穿過，與電子產生散射，鋁箔右邊的那個計數器被稱為電子計數器，可以檢測康普頓散射過程的反衝電子。由於反衝電子的能量遠比散射的光來得小，電子基本上就在發生散射位置上被檢測到。康普頓散射產生的X光穿過鋁箔缺口，會被左手邊的後面不遠地方的這個計數器檢測到。由於光電效應，一小部分X光會產生了可測量的電流。使用溴化銀膠片以弦靜電計以照相方式記錄計數檢測結果。因為它設計成檢測光子用的，這個計數器被稱為 hν 計數器。兩個計數器的讀數並排記錄在移動的紙質圖表上。透過這種方式，在經歷了幾次失敗之後，他們成功地確定了兩個指針讀數之間「符合」的精確度為 10-4 秒。測量和數據處理花費了一年多的時間。整個實驗產生了超過三公里，寬度僅為 1.5 公分的薄膜，必須進行手動分析。 據博特稱，「由於膠片消耗量如此之大，以至於我們將膠片條掛起晾乾的實驗室，有時就像一個工業洗衣房!」
1925年4月，博特和蓋格報告X光和電子計數器同時響應，時間分辨率為1毫秒。他們的結果證實了光的量子性質，這等於是打了BKS 理論的一記耳光!博特與蓋格認為「我們的結果與波爾等人對康普頓效應的解釋不一致……因此，人們可能必須假設光量子正如該理論所假設的那樣具有高度的有效性。”同年 9 月發表的一項由康普頓 和西蒙(Alfred W. Simon) 使用不同技術並行進行的實驗也得出了類似的結論。康普頓-西蒙實驗使用雲室技術追蹤反衝電子軌跡和光電子軌跡。康普頓和西蒙證實了康普頓散射中電子與光子軌跡之間的相對角度。博特-蓋格實驗和康普頓-西蒙實驗標誌著 BKS 理論的終結。克拉默斯一開始還不認輸。克拉默斯在給波爾的一封信中說：「不幸的是，我對博特和蓋格的實驗對於康普頓效應的情況實際上有多大說服力存疑」。然而，波爾最終接受了實驗對他們理論不利的事實，他在給拉爾夫·H·福勒的一封信中寫道：“除了為我們的革命努力提供盡可能風光的葬禮之外，別無他法。” 另一方面，康普頓則是向博特和蓋格的研究結果致電表示道賀之意。 馬克斯‧馮‧勞厄 (Max von Laue) 說「物理學免遭誤入歧途」。科學哲學家卡爾·波普將這一結果歸類為“決定性的實驗”。沒有多久，與克拉默斯一起研究色散公式的海森堡就推出了矩陣力學，博特與蓋格實驗可以說是量子力學誕生的臨門一腳呢。
1925年博特-蓋格實驗結束後，兩人的合作也結束了。蓋格開始在基爾大學任教，博特則接替了蓋格，擔任實驗室主任。大約十年後，羅伯特·S·香克蘭 (Robert S. Shankland) 進行了一項實驗，據稱該實驗顯示了光子散射的一些不一致之處，從而重新提出了 BKS 理論的想法。然而，後來羅伯特·霍夫施塔特和約翰·A·麥金泰爾透過類似於博特-蓋格實驗的實驗反駁了這一觀點。博特與當時的助手H. Maier-Leibnitz一起對原來的實驗進行一點補充和改進：目的是證明散射光量子和反衝電子方向的同時性和均勻性，正如康普頓理論所預期的那樣，即根據兩個物體之間的彈性碰撞定律。他們使用了放射性釷製劑的高能量伽瑪輻射。再一次，結果證明了微觀世界中能量與動量確實是守恆的。
在基爾任教的蓋格繼續精進偵測粒子的技術。1928 年，蓋格和他的學生瓦爾特·穆勒 (Walther Müller) 創建了蓋革管的改進版本，即蓋格-穆勒管。 這種新設備不僅檢測到 α 粒子，還能檢測到 β 和 γ 粒子，並且是蓋格計數器的基礎。博特和 Werner Kolhörster 在 1929 年的實驗中他們使用了這個儀器證明在雲霧室中檢測到的快速電子來自宇宙射線。在「追逐宇宙射線的獵人:羅西 (上) 來自威尼斯的猶太人」一文中有提到博特開發的測量符合事件的方法（coincidence method）如何被改進用到宇宙射線的研究上，有興趣的讀者請參考那篇文章。
1929 年，蓋格被任命為杜賓根大學物理學教授兼研究主任，在那裡他首次觀測到了宇宙射線簇射(shower)。 1936 年，他轉至柏林工業大學 (Technische Universität Berlin) 任職，在那裡繼續研究宇宙射線、核分裂和人工輻射。
從1939年發現核分裂開始，蓋格就參與了德國二戰期間的核武研究。1945 年 4月至5月，蓋格經歷了柏林戰役，隨後蘇聯佔領了柏林。幾個月後，他搬到波茨坦，戰爭結束後，蘇聯士兵扣押了蓋格在波茨坦的房子。Swinne 對這一事實寫道：「1945年6月蓋格的房子被查封，因為波茨坦會議(1945年7月17日－8月2日)就在周邊舉行」。蓋格後來於 1945 年 9 月 24 日在波茨坦去世，當時德國一片殘破，應該沒有人注意到一位老科學家的凋零。
蓋格從未公開表達支持或反對納粹，雖然蓋格並不是所謂的德意志物理學（雅利安物理學）的支持者，在1927年還被菲利普•萊納德稱作「親英國人士」拒絕了蓋格繼承他在大學的講座的申請(後來這個講座在1932年由博特繼承)。蓋格甚至還簽署了一份反對納粹政府干預大學的請願書，此外也有一些證據表明，蓋格為一些因紐倫堡法案受困的學生提供幫助。Lieselott Herforth在蓋格指導下參加了畢業考試，她後來回憶說道：「...他也接受一位我的女同學參加畢業考試，這位女同學因為父母中其中一位是猶太人而只能作為聽眾而登記入學，這還是因為她的父親是第一次世界大戰中的軍醫。這位女學生得以作為選讀生與我一起在1940年參加畢業考試」。Ernst Stuhlinger提到：「蓋格教授那時通過他與拉塞福和一些其他英國社會人士的私人朋友關係幫助他一些不幸的同事，這些人被迫移民國外，而這直到很久以後才被大家熟知」。
不過當漢斯·貝特因猶太人身份而被解僱時，蓋格並沒有伸出援手。漢斯•貝特的母親是猶太人，由於紐倫堡法案的限制他將不得為國家機構工作，此時他剛剛獲得杜賓根大學的理論物理講席的位置，於是他轉而向蓋格求助，但是蓋格拒絕了他。貝特這樣給索末非寫信：「[...]無論如何我得知了之後會發生什麼，（隨信）內附的蓋格的回信是如此之短，以至於讓我覺著甚至受到了侮辱，從他的語句中我不再相信我在杜賓根還能有任何機會」。蓋格回信的詳細內容不得而知。在1967年與 Charles Weiner 的口述歷史採訪中，雖然沒有直接提到蓋格的名字。貝特對蓋格對此事感到非常失望，就算到了晚年，貝特在1996年接受訪談時，對蓋格的無情依然耿耿於懷，順道一提，貝特那次的訪談https://www.youtube.com/watch?v=6G_7BR06Ins非常值得聽，在此向各位讀者推薦。
蓋格曾經被提名諾貝爾獎三次，第一次是在1935年由能斯特提名，第二次是博特在1937年提名，比較奇怪的是第三次是由Boris Rajewsky 在1955年提名，那時蓋格早就過世了。但是1954年，諾貝爾物理學獎委員會做了一個令人意外的決定，他們把一半的獎授予馬克斯·波恩，因其“在量子力學方面的基礎研究，特別是對波函數的統計解釋”，另一半則是授予博特，因其「對符合方法的貢獻」以及他由此做出的發現」，由於蓋格已於 1945 年去世，因此他沒有資格分享該獎項，博特在得獎後三年過世，所以蓋格真的是被死神搶去了一頂桂冠。
下一位沒活夠老因而痛失諾貝爾獎的是一位粒子理論物理學家，他就是出生於美國，後來歸化為比利時公民的物理學家羅伯特·布勞特（Robert Brout, 1928 - 2011）。他出生於紐約市，1948年在紐約大學拿到學士學位後，前往哥倫比亞大學攻讀博士學位，並於1953年拿到博士學位。畢業後他在羅契斯特以及比利時的布魯賽爾從事三年的研究工作，之後他於1956年加入康乃爾大學。他研究的主題是統計力學與凝態物理，特別是磁性相關理論。1959 年，剛拿到博士學位的弗朗索瓦·恩格勒特(François Englert，1932-)從比利時來康乃爾大學擔任他的研究助理。恩格勒特出生於比利時的一個猶太家庭。在第二次世界大戰時，由於德國占領了比利時，他被迫隱瞞他的猶太裔身分，躲藏在孤兒院與兒童之家，時常逃躲於各個比利時小鎮，後來，美軍在昂內擊退德軍，他才重獲自由。
布勞特和恩格勒特成為親密的朋友和合作者，在康乃爾，他們主要研究的是凝態物理和相變統計理論方面的問題，特別是鐵磁性和超導性。他們注意到自發對稱性破壞在相變中的重要性。當日本物理學家南部陽一郎展示如何將這一概念從凝態物理轉移到基本粒子物理學，拿來解釋強子尺度上的π介子的不尋常的小質量時，他們深受啟發。這項工作和南部陽一郎在場論方面對超導性的精彩分析促使布勞特和恩格勒特開始嘗試思考在規範理論的背景下，自發對稱破壞會得到什麼結果。1961 年恩格勒回到比利時後，布勞特全家也跟著一起來到法語布魯塞爾自由大學，布勞特在那裏擔任正教授。1964年，恩格勒擢升為正教授。1980年，布勞特與恩格勒共同領導理論物理組。他們合作最大的成就是在1964年發現了在存在局部可交換和不可交換的規範對稱性的情況下，如何讓規範粒子生成質量。 他們成功地避免了 J. Goldstone 提出的定理，就是當一個系統的連續對稱發生自發對稱破壞時，會產生相應的無質量且自旋為一的粒子。布勞特與恩格勒同時表明，如果讓純量場透過自身耦合發生自發對稱破壞，同時讓純量場與規範場耦合，可以讓規範場變成有質量，而原本該出現的質量為零的玻色子可以透過選擇適當規範條件而消失!
無獨有偶，不，應該說，無獨有三的是，英國科學家彼得·韋爾·希格斯（Peter Ware Higgs，1929—2024）和兩位美國科學家傑拉德·古拉尼 ( Gerald Guralnik，1936—2014)卡爾·理察·哈根(C. R. Hagen 1937-)與英國科學家湯姆·基博爾（Tom Kibble，1932—2016）他們三人也得出了與 布勞特與恩格勒相同的結論。 希格斯、布勞特和恩格勒以及古拉尼、哈根、基博爾 就這一玻色子的發現撰寫的三篇論文均被《物理評論快報》50 週年慶典都被認定為具有里程碑意義的論文。 雖然溫伯與阿布都拉沙朗姆很快就把這個機制套用在電弱理論上，但是由於尚無人能證明這樣的理論可以像量子電動力學一般「再重整化」，所以還有許多人並不相信這個機制。像是赫赫有名的海森堡，哈佛的場論專家科爾曼都不相信。事實上，希格斯與德拉古對當時演講時被奚落的悲慘回憶在五十年後依舊躍然紙上呢。
直到1971 年，正在烏得勒支大學的維爾特曼( Martinus J. G. Veltman )指導下完成博士學位的脫虎特( Gerardus 't Hooft )根據維爾特曼的建議研究了不可交換規範理論的再重整化性。脫虎特證明了，如果按照 布勞特與恩特勒等人的方法來組合自發對稱破壞與不可交換規範理論，不可交換規範理論依然是可以再重整化。不可交換規範理論的重整化是 20 世紀物理學的最大成就之一。 脫虎特和維爾特曼因這項工作獲得了 1999 年的諾貝爾物理學獎。而溫伯格與阿布都拉沙朗姆早在1979年得到諾貝爾物理獎了，但是由於理論無法預測這個造成奇蹟的純量場對應的粒子，所以布勞特等人一直沒有得獎。
當然隨著大量實驗數據支持溫伯格與阿布都拉沙朗姆理論，這個理論的基礎又是布勞特等人所提出的，所以他們一路上也得到不少榮譽。2004 年，布勞特、恩格勒和希格斯得到沃爾夫物理學獎，以表彰其開創性的工作，2010年布勞特與恩格勒，希格斯，德拉古，哈根，基博爾一共六人都因「闡明四維相對論規範理論中自發對稱破缺的性質和向量規範玻色子質量生成的機制」一起得到櫻井理論物理獎(J. J. Sakurai Prize for Theoretical Particle Physics)。這個獎是為了紀念英年早逝的理論物理學家櫻井純而設立的。但是由於實驗室還沒發現關鍵的希格斯粒子，而其他能達成相同現象，更為複雜的替代理論也陸續出現，所以保守的瑞典皇家學院依然觀望。等不及的布勞特於2011年五月三日在布魯賽爾過世，享壽八十二歲。一年之後的2012 年 7 月 4 日，歐洲核子研究中心宣布，在 125-126 GeV 附近的質量區域內發現了一種新粒子，“與希格斯玻色子一致”。 2013 年，恩格勒特和希格斯終於因他們的預測而獲得諾貝爾物理學獎。距離當年發表論文已經將近是五十年了。布勞特與諾貝爾獎擦身而過，只能說是悲運。另外一組的德拉古-哈根-基博爾中的德拉古對自己沒有得獎，頗感不平，還公開寫文章表達不滿，不過諾貝爾獎一次最多只頒給三人，所以也是無可奈何。德拉古於2014年過世，基博爾於2016年過世，希格斯則是在今年(2024年)四月過世。雖然得不得獎，當事人很在乎，但是希格斯-布勞特-恩格勒-德拉古-哈根-基博爾機制，與科學文明共存，對當事人而言，應該是更大的安慰吧?
參考資料
(一) 中文 英文 德文維基相關條目
(二) Guralnik, G. S; Hagen, C. R (2014). "Where have all the Goldstone bosons gone?". Modern Physics Letters A. 29 (9): 1450046. arXiv:1401.6924
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