回憶一段美好的研究歷程
最近翻閱已故妻子，吳秀錦教授的博士論文。讓我翻出了物理史上一段極其精彩及重要的一頁。因為我的研究領域與她的差距甚遠，所以我從來沒有注意過她在研究什麼。現在看了她的論文，再查了一些資料，總算知道一些輪廓。
宇宙中有一百多種元素，每一種在自然界的含量都不一樣，他們是怎麼來的？在宇宙大爆炸之初最早形成的是氫，經過融合反應，氫又變成氦，在這個過程中放出大量的光和熱，就和今天的太陽一樣。但我們地球上那些重元素呢。生物所需要的碳和氧呢？高科技不可或缺的矽呢？最早提出由核融合反應生成重元素想法的是英國理論天文學家，Fred Hoyle。但元素那麼多種，同位素又那麼多，融合反應是如何發生的？他們的路徑是什麼？如果沒有任何實驗佐證，他的想法不過是紙上談兵。
這時候 Caltech的實驗核物理學家，William Fowler出現了。Hoyle 說服了他開始從事這方面的實驗工作，那時Caltech有最好的原子核實驗室， 於是在Fowler領導下，好幾位教授就開始測量各種融合反應的速率及機制。
1954年當 Fowler訪問英國時，與 Hoyle 及天文學家 Margaret Burbidge 和Jeoffrey Burhidge 就認真的開始合作。結合了Hoyle的理論， Fowler的原子核實驗, 和Burbidge的天文觀測，一個完整的星際元素生成的核融合反應機制就成型了。1956-1957年四人聚集在Caltech, 完成了那篇長達104頁劃時代的論文，"Synthesis of the Elements in Stars"(review of modern physics)。從此奠定了，宇宙中元素生成的機制，開啟了嶄新的核天文物理學。這篇論文根據作者姓氏順序被稱為B2FH。它為宇宙中元素形成畫了一個路徑圖，指出各種元素形成所需的核反應，但有了圖，還要有實驗數據才知道他真正是如何發生的。所以他是一門實驗與理論完美結合的物理研究。
星球內部核融合反應能夠發生是因為溫度極高，最初氫融合成氦，當氫用光後，就開始氦的融合，三個氦形成一個12C，這個碳原子再融合一個氦，就成了16O。像太陽這種星球，融合反應就到此為止，因為他的質量不夠大，無法繼續收縮讓溫度增加而造成碳和氧的融合。但對於那些比較重的星球，融反應還會繼續發生，因為重力的關係，星球內部會繼續收縮而讓溫度持續升高，當溫度高到將近10億度， 甚至更高時，碳和氧的融合反應（carbon burning, oxygen burning)就會發生，然後各種其他元素就會形成。
在Caltech, Kellogg radiation lab, 在 Fowler領導下，一群核物理學家和學生開始了大量核融合反應實驗。我和妻子是1970年代在那裡做學生。秀錦就加入了這個團隊。她的指導教授是 Charles Barnes. 他是與 Fowler合作最密切的實驗物理學家。那時他們在做的是所謂的重離子融合反應（heavy ion nuclear fusion reactions)。也就是原子序在氦以上元素的核融合反應。有了這一些數據，經由計算就可以得到各種重元素形成機制，從而知道星球是如何演化的。
1983年Fowler因為在核融合天文物理上的貢獻，獲頒諾貝爾物理獎。其實在這個領域貢獻的人很多，但只有他一人獲獎，他自己很謙虛地說，他代表的是整個團隊及實驗室的努力。但他得獎確實實至名歸，Hoyle雖然最早提出理論，但他提出的只是構想，Burbidge 夫婦只是提供一些天文觀測數據，只有Fowler貫穿全場，從始至終，將它建立成一個完美的模型體系。而這裡面貢獻最大的其實就是Kellock radiation lab所提供的核反應數據。而秀錦就是這裡面的一個成員。她每次做實驗，我都會去實驗室幫忙堆鉛磚。那東西重的不得了，花了我不少力氣。Fowler 在我們畢業後五年獲獎，如果是Kellock radiation lab 把他推上的領獎台，那我也貢獻了一點搬磚頭的力氣。
秀錦在Caltech有四年在讀博士，三年做博士後，七年時間做過非常多重要的研究，其中包括：
1. Nitrogen & Oxygen Fusion Systems
2. Beryllium-Induced Heavy-Ion Reactions
3. Carbon-Carbon Isotope Systems
4. Low-Energy Sub-Barrier Dynamics
她研究的核融合反應包括 14N + 10B, 16O + 16O，9Be + 12C，9Be + 16O, 9Be + 19F, 13C + 13C 等等。這些都是形成各種重要元素的途徑。 光是16O + 16 O 反應就可能生成 Si, P, S, Mg, Al 等。
Heavy ion fusion reactions 的反應速率(cross section)極低，量測常要用到一些特殊技術。做實驗常要花很長時間，曾有一次連續做了三天三夜。他們的實驗室很大，坐落在一棟房子的地下。裡面分成好幾間，一間放加速器，那是一個雙連式范氏加速器，被加速出來的粒子經由磁鐵控制方向，經由特定的 beam line 打到準備好的target chamber。target chamber 四周要用多層鉛磚圍起來。Beam lines 有好多條，分別做不同的實驗，他們是在加速局隔壁那一間很大的房子裡，然後隔了一層厚厚的防護牆，最外面是做實驗的人待的控制室，那裡放滿了各種控制儀表及量測設備。我每次去，就在那裡看他們忙進忙出。
很多人認為做這種實驗很危險，輻射線對人類的傷害很大。其實在一個設計良好的實驗室裡，這種危險幾乎沒有。在 Kellogg radiation lab 將近百年的歷史裡，從來沒有發生過一次因為輻射而造成的傷害。他們的防護都做得非常好。
在這個非常重要的核天文物理𥚃，秀錦留下了一頁濃墨重彩的篇章。1982年她回清華教書，主持清華的加速器實驗室。1984年當選十大傑出女青年。
秀錦是一位好老師，喜歡分享她的研究成果，她已過世多年，無法在這裡講述，所以就由我這個外行人在這裡回顧當年的研究。我不是專家，疏漏難免，只能很簡略的描述一下當時那段令人振奮的歲月。
