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理论物理是最好的职业。因为“你能够辨别是非，而且不必和你不喜欢的人说话。”
刚刚走下意大利的客船，未满17岁的我就成了哈佛学院的大一新生，那是1955年9月。幸好，我会说英语。尽管我出生在二战前的佛罗伦萨，但我的家庭却在这场冲突中辗转到纽约避难，直到1947年才重返我的出生地。八年后我上大学之时，父母希望我在美国就读。在他们把我送到佛罗伦萨的圣塔·玛丽亚·诺瓦拉(Santa Maria Novella)车站和我挥别后，我便开始了我的剑桥之旅。意大利的Ferrovie dello Stato铁路系统，将我送到了勒阿福尔(法国海港)的轮船上。到达纽约后，另一列火车把我送到波士顿。我拎着鼓鼓囊囊的行李箱，从南站乘地铁来到了哈佛广场。
我至今仍然记得我当时的失望之情，因为自己一直期望能遇到那些宣传画上所显示的欢迎场面，可走出地铁后，看到的只是熙攘的车流和喧闹的商市。我怯生生地向一位年老的学者模样的人询问，哈佛在哪里?他回答道：“新人吧!向前走几步，然后右转，你会看到一个大门，穿过去就是。”看到了哈佛庭院，让我有些心定，走进庭院里的房间，也让我有着不错的预感。但很快，我又吃了一惊，尽管不很严重：这里每顿饭都必须穿夹克扎领带。我有夹克，却没有领带，这意味着没法去吃饭，所以我立即出去买了个领结，直接夹上那种，这样我就不必学习如何打领结了。
大学的第一年，我从命每周给家里写一封信，汇报自己的进步，却掩饰掉自己遇到的一些困难。当时，在我交往的密友当中，许多人都和我面临着同样的问题。我最直接的学术目标是学习物理——我选择的这个学科。它并不像买个领结那么简单，而我也没有自己期望的天赋。然而，经过四年的艰苦努力，我被好几个优秀的研究生院接收，并最终决定去麻省理工。我的这项决定很大程度上受弗朗西斯·罗尔(Francis Low)影响。他是一位物理学教授，在我大四那年，他沿河而上，来哈佛举办了一系列讲座。尽管我跟本不明白他所倡导什么，但那些哈佛的研究生和教员却对他在黑板上写下的方程式格外注意，尤其感兴趣他所展示的Chew-Low散射模型，这一切都那么令人振奋。我和自己的导师商量，他认为我去麻省理工学院是个很好的选择。自认没有多少机械学长处，我便决心努力成为一名理论物理学家。
在我研究生院的第一年，1959年11月，我听说了欧文·张伯伦(Owen Chamberlain)和我的叔叔艾米利奥(Emlio)——一位实验物理学家，因为发现了反质子而获得了当年的诺贝尔物理学奖。反物质粒子的存在——在质量上与质子和中子一样却在电性上相反——几乎早在30年前就由保罗·狄拉克(Paul Dirac)提出。这是他试图将量子力学和狭义相对论结合成一个美妙方程时得出的结论。大多数物理学家起初都认为这是一个疯狂的推测，但1932年正电子的发现证明了狄拉克是正确的。而反质子的发现却花费了将近四分之一世纪之久，这是由于反质子的产生需要更强大的粒子加速器，而这项技术直到20世纪50年代才出现。不像正电子，发现反质子并非那么令人震撼和惊奇，而是期待已久的。但是，这对于目前理论物理学家当作日常工具来使用的方程式还是重要的肯定。
回到1959年，我当时曾经琢磨叔叔的诺贝尔奖是否是预示着我的选择的正确性。我曾认为，如果他能在行业中成功，我也能。但另一方面，叔叔却给我树立了几乎不可逾越的标杆。父亲不断鼓励我；他写到，无论得不得奖，成为理论物理学家要比成为像我叔叔一样的实验物理学家更好。他得到这个结论的理由却模糊不清，他自己是一位古代历史学家，对物理学本质几乎一窍不通。这也让我不禁联想到，他的这种态度是否比其他因素更多地造成了他和自己兄弟之间的紧张关系。
无论如何，我所选择的高能物理学，有时叫做基本粒子物理学，似乎前途光明。我也很满足于自己的选择。理论和实验之间的交互尤其令人欣喜。实验人员发现了新奇的现象，而理论学家迅速给出理论解释。有时，理论学家给出预测，然后被设计精妙的实验所验证或反驳。当时，最为生动的例子是李政道和杨振宁提出的“反应和其镜像存在区别”的理论分析，这是对所谓的宇称守恒的推翻。他们1956年的这个推测很快被证实，而一年之后，他们便获得了1957年度诺贝尔物理学奖。
另外，随着越来越大的粒子加速器的投入使用，新的、甚至不可预知的粒子以一种惊人的速率不断制造出来。莫里-盖尔曼(Murray Gell-Mann)首次尝试将这些新的实体，从彼此之间的对称性考虑进行分类。他当时只有30岁，是李政道获得诺贝尔物理学奖的年纪。这是一个新的领域，有着新的领军人物。我也认为当时的情形与量子力学的早期发展阶段相似。那时，沃尔夫冈·泡利(Wolfgang Pauli)、沃纳·海森堡(Werner Heisenberg)和狄拉克在他们二十几岁时便开启了物理学的革命。既然我才21岁，如果我掌握了必要的能力，或许几年后我也有希望成为一个重要角色。
50年后，我从不同角度来审视当初，看到了自己并没有步入一个迅速发展的领域，却进入了一项长达一个世纪之久的研究弧线的中点，这条弧线从早期的欧内斯特·卢瑟福(Ernest Rutherford)第一次散射实验，延伸到了目前欧洲粒子物理研究所的大型中子碰撞机，从似乎无关紧要的两位学生的研究练习，发展到了涉及数千人的一项长达十年之久、耗资数十亿美金来制造大型设备的国际项目。尽管开始是简单的，但终点也许就是技术上从未达到过的高精尖实验。
我把这个长达一个世纪之久的探索称作“弧线”，“上坡”或许更加贴切，因为我们沿着这百年的足迹不断前进、实验规模越来越大。但另一方面，我们也有下降的，我们的探测范围越来越小——从原子到原子核，进而质子、电子甚至夸克，一直延伸下去。我把我的加入看作不仅是时间上的中点，而且也是组织结构上的中点。那个时候，大学里面的单独小组就可以成功完成一个实验，计算机也在襁褓期，但已经可以用以分析了。
这个故事或许应该从113年前开始讲起，那年，亨利·贝克勒尔(Henri Becquerel)从铀矿中发现了放射性。这项发现暗示着一种前所未有的强大新能源的存在。两年之后，玛丽·居里(Marie Curie)和他的丈夫皮埃尔(Pierre)发表了他们的发现：放射性是铀和其他材料的原子属性。很快，在英国剑桥工作的年轻新西兰人卢瑟福(Rutherford)发现了这种放射性有两种成分，他起名做阿尔法射线和贝塔射线。但我却将这段“弧线”的起点放在1909年，那时，有两位物理学家在为卢瑟福工作，当时，曼彻斯特一位有成就的教授开始敦促一项新的实验，他们使用阿尔法粒子轰击一小块金箔，而这种阿尔法射线和卢瑟福10年前发现的射线一样。自从这次革命性的实验之后，物理学家们便开始使用越 来越高能量的粒子来轰击越来越精致的靶子。这种方法一个世纪以来虽多次演变，但始终都是瞄准用来探测更小范围内物质成分这一目标的。
1911年，卢瑟福认识到了曼彻斯特实验包含的内涵：有别于之前的观点，原子是由围绕着极小、却密度极大的电子和核组成。第二年，他便用原子核来表述这种核，经测量它仅仅之比原子半径的几百到几千分之一略大，但占据了原子的绝大部分质量。
20年后，随着探测的深入，物理学家发现原子核是由质子和中子组成，它们因一种之前无法想象的力结合在一起。再过40年，人们又发现质子和中子是由三种夸克组成。2009年，大型强子对撞机开始全力工作时，我们又将在这个历程迈出下一步，物理学家和历史学家亚伯拉罕·派斯(Abraham Pals)在他的一本叫做《返航》的书中，描述到了这个历程。
物理学的第一批家族
在这长达世纪之久的“弧线”的发展中，推动它进步的动力，一直在成倍增长。那些必须设备的价格从数百美元涨到数十亿美金，完成一个一般的实验研究的团队从两三人发展到几百人。但事情并非像那些越来越大的设备，越来越大的花销这么简单，故事的发展还有赖于那些造就了这般奇迹的人们——这些人彼此相关联，或是因为血缘，或是因为婚姻(据我证实，是在我常常戏称的“家族产业”中拥有一系列亲属)，但最终还是因为拥有共同的目标。
50年前，我对进人这个领域时，构想出了一个天真浪漫的图景，但后面一路走来，却被那些痛苦的失望不断修正(我早年心目中的英雄，杨振宁和李政道，曾经亲同手足，后来却数十年互不理睬)。虽然我看到了这些“毒瘤”，但我仍对物理学这个圈子内普遍存在的支持和爱心感到欣慰。伟大的实验室，如剑桥的卡文迪许实验室，居里放射性研究所，尼·波尔理论物理所等，常常会产生家庭般的感情，在那里，像父母和孩子一样并肩工作的景象，常常为人津津乐道。
卢瑟福所到之处，都会有种家的氛围。在一战之后，他离开了曼彻斯特。那时，约瑟夫·约翰·汤姆森(Joseph John Thomson)决定从他从事35年之久的剑桥卡文迪许实验室教授之职隐退，他因发现电子而获得1906年诺贝尔奖。卢瑟福正在事业巅峰期，自然成为继任者。他接手了卡文迪许实验室达15年之久，在他的领导下，这个实验室成为了世界上原子物理学最出色的研究机构。
在卡文迪许，卢瑟福十分平易近人，但必要时又很严厉。他常常称他的研究组成员为“他的孩子们”。波尔曾经写到过卢瑟福，说“无论研究结果多么平庸，来自他口中的鼓励言辞都会成为我们当中任何人所希望得到的最大鼓励。”谁在扮演“父亲”的角色，谁是最终决定者，当然是毫无疑问的，卢瑟福的直觉是强大的，他的判断又总是很准确，他从来不会被他人的建议所干扰。每天工作开始，他都会首先和实验室助理主管浏览物理学新闻。助理主管是詹姆斯·查德威客(James Chadwick)，在一战前念在曼彻斯特念本科时，他就一直在为卢瑟福工作。浏览之后，卢瑟福会在实验室四处走动，提供建议。每当有原始数据时，他都会坐在试验台前的凳子上，从他的西装背心中拿出铅笔，查看这些数据是否正确。实验室的种种限制目前来看有些过时：晚上6点准时关门，强制性假期，并普遍拥有一种自己动手、精打细算风气。今天看来，卢瑟福家长制作风严重，但当时，那里绝没有怨恨。
在卡文迪许，没有谁的试验比1932年查德威客发现中子的实验更具影响力了。这是卢瑟福“孩子们”的巨大成功，它把人们带入了现代原子物理，成为开启实验物理学家从像波尔、海森堡、薛定谔等理论学家手中夺过领导权的时代标志。在20年前卢瑟福发现原子核之后，正是这些人主宰着物理学。
自从人们惊讶地发现原子核之后，它的组成就一直个谜。例如，人们知道氧原子8个电子围绕有8个质子的原子核旋转，但原子的质量却表明原子核内应该含有16个质子——期望数字的两倍。所以人们普遍认为原子核含有其他的质子，它们和相对轻得多的电子紧紧绑定在一起，所以电荷抵消。但这个说法却立不住脚：如果一般情况下，电子在原子核外较为稳定，那么它们为什么会出现在原子核内部呢?另外一种被查德威客和卢瑟福一直怀疑的解释是：存在一种粒子，它的质量与质子相当，但没有电荷。按照质量估计，氧原子核包含8个这种新命名为中子的粒子和8个质子。
查德威客的发现平息了海峡对岸居里夫人的女儿伊伦(Irène)的竞争。伊伦和她的丈夫弗雷德里克·诺里奥(Frédéric Joliot)组成了令人钦佩的搭档，他们在自己的领域获得了两次诺贝尔物理学奖，并且首次发现了正电子(电子的反粒子)和中子。每次由于他们的观察出现差错，都会看着荣誉归属他人，尽管有失望，但他们却一直在前进。在1934年1月，诺里奥一居里宣布，他们首次实现了人工放射性，这在科学界和医药界引起了巨大的反响。令人满意的是，1935年，查德威客获得了诺贝尔物理学奖，而化学奖则归属了这对年轻的法国夫妇。
居里一家使这个大家庭更紧密地联系在一起。威廉‘劳伦斯·布拉格，作为卢瑟福在卡文迪许的继承者，和他的父亲威廉·亨利·布拉格，因为通过x射线研究晶体结构的成就而一起分享了1915年诺贝尔物理学奖。卢瑟福的前任，也看到了自己的儿子在自己拿到诺贝尔奖31年后，获此殊荣。约瑟夫·约翰·汤姆森(Joseph John Thomson)常常因电子是粒子的论断而被提及，而乔治·佩奇·汤姆森(George Paget Thomson)则因证明电子是一种波而获得荣誉。圈内人认为，这个鲜明的对比可能成为证实量子力学中一项重要的核心准则，尽管这两种表象不可同时探测到。放射性的粒子本质可以解释光电效应；而波动本质导致了以他们名字命名的短波显微镜的研制与发展。
波粒二象性理论的主要发展者是尼尔斯‘波尔(Niels Bohr)。波尔是一名理论物理学家，他的事业在其1912年曼彻斯特与卢瑟福一起的时间内深受影响。彼此欣赏将这个年轻丹麦人和那位著名科学家紧紧地绑在了一起，后来，他甚至把卢瑟福当作了自己的第二个父亲，把自己的孩子命名为欧内斯特(卢瑟福的名，编注)。虽然卢瑟福先是在曼彻斯特，随后又在剑桥多次试图让波尔加入自己的学术家族，但波尔对丹麦的忠诚始终没有动摇。两人保持着对物理学的共同兴趣，并因互补的专业领域而密切合作。在对于原子和后来的原子核问题，卢瑟福向波尔寻求理论的支持，而波尔从卢瑟福那里获得实验的重大结论(尽管两人的观点常常一致，但不一致时，他们也会毫不避讳批评对方的结论)。
在哥本哈根，波尔以卢瑟福的工作风格为榜样，继续追求理论物理学的问题。如同在剑桥期间一样，理想的状态就是在不断探索自己的领域同时，在身边聚集起年轻人，追踪他们每天的进展。最终，1921年，波尔建立了理论物理研究所，那里有着比卢瑟福实验室更为浓重的家庭氛围。研究所 位于一座单独的三层建筑中，有报告大厅、图书馆、青年物理学家工作室、咖啡馆，顶层还有为尼尔斯和玛格丽特·波尔和他们孩子准备的公寓。他们的一个孩子，艾格‘波尔，就是在这里成长的，后来继承了父亲的职位，成为理论物理研究所的所长，并于1975年，获得了自己的诺贝尔物理学奖。
从这个研究所里，诞生了量子力学的哥本哈根派诠释。这套体系可能成为20世纪物理学的最大的革命。
艾米里奥叔叔前往伯克利
在这些如火如荼地发展当口，我的父亲安杰洛(Angelo)却成为了一名古代历史学家。他在20世纪20年代离开意大利的3年当中——两年在维也纳，一年在慕尼黑，耳闻了物理学的巨大发展。尽管他并不完全理解物理学的这些成就，但却感受到了那些发现的喜悦与激动，同时也带有遗憾地感到，未来是属于这些人的。尽管作为历史学家很体面，我仍然相信，他崇拜科学，尤其是物理，胜于一切。
作为长子，父亲必须接手祖父在提沃利拥有的一家造纸厂，提沃利是一个离罗马很近的漂亮古城。但是，他从小就对这件事没有热情和喜好。幸运的是，比他略小的弟弟马可(Marco)却拥有这些。所以，父亲就被解放出来做其他的事情。因为意大利的犹太人认为，学术界是一条进步之路，这就难怪我父亲的兄弟——我的叔叔艾米里奥也成为了教授。我有时认为，这两个(一个出生在l 892年、另一个在1905年)兄弟是两代人，一个从来没有学过开车，而另一个成为自己朋友圈中第一个有车的人。然而，我也看到了他们很多相似之处。我知道尽管有差异，但他们彼此都对对方的工作有着很大的兴趣。
我怀疑，父亲曾感到自己在某种程度上失败了两次。首先是没有经营他父亲的造纸厂，其次是没能成为一个科学家。但是，或许他认为自己可以通过让孩子们成为物理学家，来弥补自己的损失，而且孩子们做到了。我不知道他对我哥哥教导了什么，但当我十几岁时，他就把我指向了这个从来不容纷争的未来。他认为，理论物理是最好的职业。因为“你能够辨别是非，而且不必和你不喜欢的人说话。”我不知道他说的是否正确，但我确实向着他指点的方向做了，并且从未后悔。反而，我战胜了自己，走上了前沿。
尽管我父亲是个物理谜，但是，在20年代末他兄弟带来的消息使他对这个领域更加仰慕。艾米里奥进入了罗马大学，成为一名工程学生。如果不是他的生活在1927年——他刚满22岁时——发生了改变，他很可能会一直这样走下去。他的一个同学——一位数学家的儿子——曾告诉他，恩里科‘费米(Enrico Fermi)是一个公认的天才，刚刚26岁(在罗马大学一个前所未有的年纪)就被授予理论物理学家的职位。重要的是，由于在罗马大学的学生中几乎没有人对物理感兴趣，所以他正在招募团队成员。叔叔和他的好友爱德华多·阿玛尔迪(Edoardo Amaldi)——后者成为二战后意大利物理学领军人物——第一个回应了这个招募。
这个成长的罗马大学小组的研究成果绝对是精彩绝伦的，对于意大利来讲，更重要的是他们正确地感到了自己已经在科研方面落后于它的北部邻国。意大利人甚至至今仍以这个小组的成就为荣。费米被认为是20世纪意大利诞生的唯一一位物理学天才，他也被认为是20世纪所有国家中唯一出现的、在理论和实验方面都有真正意义上伟大贡献的物理学家。
费米早期因他的理论成就而出名，他最为著名的是对于一个长期存在的神奇现象的解释：原子核在衰变时会放出电子。这个现象似乎违反了物理学的基础能量守恒定律。更重要的是，电子怎么可能从原子核内释放出来?先去的推测是，那里根本就没有电子。1933年末，费米和他的一些研究成员正在滑雪度假，我叔叔记得，当时他把这些人召集在房间，告诉大家他已经解决了这个问题。他认为，这可能会是他做过的最重要的工作，并且很可能将来也是。受到沃尔夫冈·泡利(Wolfgang Pauli)的观点启发，他解释了自己的见解，展示了一种新的相互作用，使得中子衰变成一个质子，一个电子和一个尚未观察到的、很轻的、不带电的粒子。后两者将会同时从原子核内部逃离，而那个中性的粒子带走了那些似乎丢失的能量。为了区分于大质量的中子，他把这种新的粒子命名为中微子(neutnno)。
费米作为实验物理学家最为卓著的工作开始于1933年末，当时，他意识到最近发现的中子对于卢瑟福的实验提供了一种新的抛射体。在此之前用到的质子和阿尔法粒子需要相对高的能量才能穿透原子核，因为目标带电荷，与抛射体相互排斥。而另一方面，中子即使很慢，也可以自由地进入原子核，因为它没有电荷。费米、他的老朋友弗朗哥·拉赛蒂(Franco Rasetti)和一些助手——当然也包括阿玛尔迪和我叔叔，迅速开始对这种反应进行起多年的研究，并得到了许多新的、重大的、有关原子核行为的发现。
这项研究于1938年结束，意大利那时颁布了种族法案。费米意识到他的家人处在危险当中(他的妻子劳拉是犹太人)，便于1938年12月前往美国，他从斯德哥尔摩出发，他刚刚在那里获得了诺贝尔奖，因其在中子散射方面的开拓性工作被承认。他在罗马大学的研究组也就此解散了。
在费米离开意大利时，两位德国化学家，奥拓·哈恩(Otto Hahn)和弗里茨·斯特拉斯曼(Fritz Strassmann)在使用中子轰击铀时发现了奇怪的现象。哈恩的长期合作者，里斯·梅特勒(Lise Meitner)帮助解释了该发现的重要之处。梅特勒也是犹太人，在数周前被迫逃离德国。在那年的圣诞夜散步时，她和她的外甥(又是一家人!)，物理学家奥托·弗里希(Otto Frisch)意识到，铀原子核在吸收一个中子后分裂成两部分，该过程可能伴随大量的能量释放。两周后，弗里希便使用核子分裂来表述哈恩·斯特拉斯曼实验中发生的现象。很明显，如果其他的中子释放，就会发生链式反应。1942年12月在芝加哥大学，费米在一个壁球场里首次完成了该现象的可控性实验。很快，费米和其他人，包括我叔叔，来到洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)研制更大的链式反应：原子弹。
费米离开意大利之后不久，我们家也离开了意大利，借口是参观1939年纽约世博会。我才7个月大。我七岁的哥哥因为这个经历受益匪浅，在佛罗伦萨，美国领事礼貌地询问我们什么时候申请的签证，我是不是有点太小呢?我父亲回答道，犹太人的孩子在很小的年纪就对这类(世博会)大事感兴趣。很幸运，那个领事——完全了解如果有可能，我们都会留在美国的意图——是很有幽默感和同情心的。
艾米里奥是在1938年夏天离开意大利的。他逃到了加州伯克利，两年前的夏天，他曾经拜访过这个地方。他感激地发现，物理学家族在大西洋此岸迅速壮大，并欢迎来自欧洲的逃难者。伯克利的欧内斯特·劳伦斯放射性实验室正在取代剑桥的卡文迪许实验室，成为世界最伟大的原子物理实验室。在某些方面，劳伦斯和卢瑟福是一样的开拓者。一个生 长在新西兰，作为移民之子就读于当地的坎特伯雷学院。另一位是移民的孙子，在南达科塔州长大，就读于该州的州立大学。两人后来都成为强有力的领军人物。但他们的目标和风格却不相同。卢瑟福喜欢能在长凳上开展的便宜的实验，而劳伦斯，一个满腔热情的募捐人和企业家，更感兴趣于建造更大更好的回旋加速器，将粒子加速到更高能量，这是卢瑟福实验室达不到的。在实现其梦想的过程中，劳伦斯极致地发挥了美国人智慧，并依靠了美国的新生经济实力。
卢瑟福支持建造物理学需要的大型设备，但劳伦斯的哲学却不同：他认为，先造设备，物理学会随之发展。这是20世纪物理学“弧线”的决策点。仅凭几个人展开并收集一些工具来完成计划的实验已经几乎不太可能了。大物理时代已经开始了!
查德威客于1932年2月发现了中子。两个月后，约翰·科克罗夫特(John Cockroft)和欧内斯特沃尔顿(Ernest Walton)在卢瑟福和波尔的一位门徒乔治·加莫夫(George Gamow)的鼓励下，通过用加速质子轰击锂原子核来诱发核蜕变。这成了日薄西山的卡文迪许实验室最后一个获得诺贝尔物理奖的实验。数月之后，劳伦斯就用他们的回旋加速器复现了他们的结果，并很快前行了。1939年，劳伦斯因为发明回旋加速器而获得诺贝尔奖那年，他已经在计划制造第四个、也是最大的一版回旋加速器了，使用184英寸的空间和重达数千吨的磁铁。其最终产物，质子加速器在1954年投入运行。它的名字也源于它可以将粒子加速到数十亿电子伏特，这是之前第一款回旋加速器所能达到的1千倍。一年之后，反质子的发现，正是源于质子加速器制造的高能碰撞，同时也是质子加速器第一次伟大的成功(也是艾米里奥叔叔获得诺贝尔奖的原因)。
然而，伯克利的物理学的强盛正如卡文迪许实验室的没落一样只是昙花一现。探索质子和中子的结构需要更高能量的粒子束，而这意味着需要更大和更昂贵的加速器。由于人们越来越清楚没有哪个研究所可以独立承担建造这种新设备的巨大开销，所以一些联盟开始形成，着手计划制造这些设备。美国东部的一批大学在1947年联合起来，在长岛建造了一个加速器。其成果就是美国布克海文国家实验室(Brookhaven National Laboratory)
1952年开始运转的质子同步加速器。欧洲的主要国家尽管因二战已经穷困潦倒，但他们不甘落后，也制定了自己的计划。他们于1954年在瑞士的日内瓦联合成立了CERN，欧洲原子核研究组织(缩写源自法语的“欧洲原子核研究组织”)，它的首个粒子加速器在1957年投入运行。收拾行囊前往瑞士
1963年，完成博士论文后，我获得了国家科学基金会的两年博士后奖学金。对于在哪里进行博士后研究，在很大程度上，我受到了这些科学进展的影响。欧洲原子核研究组织似乎是自然而然的选择。在那里，既能让我更经常地见到父母，又能重新回到我曾经离开的欧洲。尽管当时的欧洲原子核研究组织还没有任何重大发现，并且同它在美国的竞争者相比，有着一股自卑情结，但我仍毫不犹豫的做出了决定。另外，实验室的总监维克托·韦斯科夫(Victor Weisskopf)的存在也很令人鼓舞，他熟知我，因为他曾经是麻省理工的教授。韦斯科夫在1961年来到CERN，以一种既代表着伟大悠久历史的欧洲传统、又怀有新的美国式的敢想敢干姿态，出现在人们面前。
尽管才50多岁，韦斯科夫已经在量子力学繁荣时期和原子物理初期，与波尔和泡利这样的人物一起共事过。在他快30岁时从欧洲移民到了美国之后，一直在积极参与原子弹工程，并帮助麻省理工建立了物理教学与研究中心。现在，他是引导CERN走向世界顶峰的最合适人选。韦斯科夫试图重建一个和25年前哥本哈根完全不同、但更大的环境，其中的一些氛围曾使他受益匪浅。在自传中提到波尔时，他说：“从一开始，他就给我及其深刻的印象。他是一个聪明的父亲。”韦斯科夫也想向CERN的年轻科学家们传达这种家庭般的感觉——在周一下午轻松地谈论物理，邀请我们去他在日内瓦房子，总是强调我们有着非常好的进取心，能够从事解决物理学中伟大而美妙的问题是多么的幸福!
CERN攀登成功之路并不那么容易，美国的研究也不会停滞不前。随着1968年国家加速器实验室(现在更名为费米实验室)的开创性突破，美国的物理学家们正在规划一个能够把质子加速到布鲁克海文国家实验室所达到能量的10倍。这个水平足以和欧洲的任何实验室竞争。但CERN坚持下来了，在我到来后的十年内，它公布了他们的首次重大发现。物理学界有句老的谚语：“昨天的发现是今天的工具，明天的背景。”1933年，物理学家们已经相当确信，无法探测到被其它的粒子打散的中微子了。而在1973年，CERN却可以制造一束中微子，使得研究新近发现的、作用在这些粒子和电子、质子上的作用力的细节成为可能。这是一个突破。而另一个十年过后，CERN又成功宣布，他们发现了调解这种力的一种粒子，通常叫做Z玻色子。这个发现是理论与实验结合的又一个成功例子，也是整个世纪弧线的重要特征。理论学家已经预言到Z玻色子约是质子质量的90倍，结果，它一直没有被观测到，直到设备有能力达到激发其生成的必要能量。1983年，当Z玻色子以和预言一致的质量被发现后，这个发现就成为了建立所谓的粒子物理学标准模型的里程碑。至此，这个开始于1909年的长征达到了顶峰。原子成分和其间的作用力属性最终都被发现了。
到那个时候，我已经离开CERN一段时间了。1965年夏天，我在伯克利开始了两年的博士后研究，尽管已经不那么风采依旧，但这里仍是高能物理领域的权威之地。这次在加州生活的额外收益是，我逐渐认识了叔叔艾米里奥，他那时已经是大学的资深教授。由于父亲和他的争执，我从小就很少见到过他。艾米里奥从来不是一个容易相处的人，在自传中，他这样描述他和我父亲的关系：“我的耐心和宽容部分源于对安杰洛敏捷的智慧的尊重，也部分地源于，在某种程度上，我和他相似。”我自己的观点是，尽管艾米里奥声称他对我父亲有着耐心和宽容，但他两人都不是这一美德的典范。然而，与现在已经临近退休的叔叔相处的日子，正是见证了20世纪物理学进展的窗口，里面没有兄弟之争，完全是一种快乐的家庭体验。
我的父亲是一位想成为科学家的历史学家。而我却看到，艾米里奥转向了历史，部分是由于他想记录下他所目睹的科学事件，另一部分是描述他所遇到和共事过的杰出人物。几年内，他写了《从X射线到夸克》一书，以参与者的身份，回顾这百年的物理历史。1976年推出时，我读了这本书(最原始的意大利文版)。但是，我那时被日复一日地建立自己的事业所吸引，无暇深入思考。我当时已经是宾夕法尼亚大学的教授，深深投入到标准模型的神秘探究之中，我接受了古根海姆奖学金，回到CERN一年。欧洲已经开始讨论建造新型的粒子加速器：可以制造相当高能的电子-正电子对 撞，并被视为研究Z介子衰变的理想环境。Z介子当然并没被实验所观察到，但它的发现是理论预计结果，并计划立即开始验证，因为建造大型加速器将会花费很多年。这就是现在高能物理的运作方式：为期望结果和意外的结果而建立。大型电子-正电子对撞机在1981年正式被批准，建设工作起始于1983年，五年多一点完成。在80年代末，大型电子-正电子对撞机，也被称为Z工厂，开始神奇地工作了。
若想保持竞争力，美国需要有些行动。1993年，在首批对超导和超级对撞机投入20亿美金之后，议会又取消了美国物理协会的这个工程。这一举动表明，均衡的研究实力开始向欧洲倾斜。30年前，我回到欧洲时，带着对美国建设粒子加速器的满怀嫉妒，而现在却轮到美国开始嫉妒了。大型强子对撞机的完成已经证实了这种转变，尽管我希望，欧洲对撞机的建立并不意味着美国参与运作这些设备的结束。在全球科学合作的时代，一个人可以从各个国家找到人手来保证大型加速器实验的成功。事实上，这个领域已经成为国际合作的楷模。
大型强子对撞机的完成和卢瑟福散射实验一百周年纪念，使得现在是回顾该领域lOO年来巨变的最佳时刻——从这道“弧线”搭载起我们的地方，到我们想去的地方，还有前方隐约而显的新挑战。
牛顿的格言“如果我看得更远，那是因为我站在巨人的肩膀之上”对于今天的物理学家们同样适用。爱因斯坦、普朗克，居里、卢瑟福和波尔，我们智慧的先驱，为我们理解原子打下了基础。随后，20世纪的年轻天才们发现了量子力学，探索了原子核，并制造了新的设备。尽管界限不很鲜明，新的一代——我自己这一代——紧随着二次世界大战而出现，认识到了基本粒子和其之间的作用力，将它们统一在标准模型当中。
这是个辉煌的旅程，但挑战仍存。基本粒子如何俘获质量?是否存在着更深层的理论来解释粒子的身份和他们之间的作用力，同时又符合爱因斯坦的引力统一理论?许多人认为，弦理论是该方向的重大飞跃，但结论性的证据还无法获得。这都是摆在当代人面前的问题，这一代人正值创造力的巅峰期。
也没有人能够从历史中抹去由高能加速器制造出碰撞来模拟出宇宙起源大爆炸后那不足1微妙内的变化历程这一现实。由于这项引起轩然大波的技术的发展，基本粒子物理学和宇宙学现在常常比肩各自的目标。如今，年轻的物理学家可能会参加一个叫做“内太空／外太空”的会议，或者研究一本名叫《从夸克到宇宙》的书。
这种聚合的趋势又重新引发了人们对中微子的兴趣，因为它们在我们的宇宙当中扮演了重要的角色。对我来讲，它们是近在咫尺而又可爱的课题。我们现在常常谈到赞米、我叔叔、以及他们的朋友们在1933年冬天不敢想象的场景。实验表明，中微子来自于太阳内核，我们甚至知道在大型恒星坍缩之后，中微子将在10秒爆炸瞬间带走释放出的99％的能量，相当于太阳在近100亿年寿命中释放能量的总和。然而，在提出中微子存在后的四分之三个世纪以来，我们仍然不知道它的质量，它远远小于电子，但到底有多少?
我带领你们走到现在，也就到了家族产业的结局。艾米里奥的孩子们都没有成为物理学家，但他的一个孙子和我的一个侄子做到了。我的三个女儿也没有进入到这个产业中，但最大的女儿嫁给了一位著名理论物理学家的儿子。所以，尽管不知道我们这两位祖父辈的老人对孩子有多大的影响，但我相信，外孙可能会继承这个传统。由父母来告诉孩子去追逐什么事业的年代已经结束了。
鉴于这些历史背景，我娶了物理学家赫尔曼·侯尔林(Herman Hoerlin)的女儿为妻也就不足为奇了。我知道，当我的妻子贝蒂娜向赫尔曼提起我时，他会在《美国男女科学家大全》里好好研究我一番后，才会表示赞成。幸运的是，我被通过了。最后，大约15年前，我也得到了，一个物理学家的小舅子，那时，贝蒂娜的妹妹杜诗卡(Duscha)遇到了他，相爱后，很快嫁给了这个年老的奥地利鳏夫。他正是维奇·韦斯科夫，我年轻时在MIT和CERN时的偶像。他的第一次露面让我张口结舌，但我很快意识到，一切都会很好的，他是一家人了。
刚刚走下意大利的客船，未满17岁的我就成了哈佛学院的大一新生，那是1955年9月。幸好，我会说英语。尽管我出生在二战前的佛罗伦萨，但我的家庭却在这场冲突中辗转到纽约避难，直到1947年才重返我的出生地。八年后我上大学之时，父母希望我在美国就读。在他们把我送到佛罗伦萨的圣塔·玛丽亚·诺瓦拉(Santa Maria Novella)车站和我挥别后，我便开始了我的剑桥之旅。意大利的Ferrovie dello Stato铁路系统，将我送到了勒阿福尔(法国海港)的轮船上。到达纽约后，另一列火车把我送到波士顿。我拎着鼓鼓囊囊的行李箱，从南站乘地铁来到了哈佛广场。
我至今仍然记得我当时的失望之情，因为自己一直期望能遇到那些宣传画上所显示的欢迎场面，可走出地铁后，看到的只是熙攘的车流和喧闹的商市。我怯生生地向一位年老的学者模样的人询问，哈佛在哪里?他回答道：“新人吧!向前走几步，然后右转，你会看到一个大门，穿过去就是。”看到了哈佛庭院，让我有些心定，走进庭院里的房间，也让我有着不错的预感。但很快，我又吃了一惊，尽管不很严重：这里每顿饭都必须穿夹克扎领带。我有夹克，却没有领带，这意味着没法去吃饭，所以我立即出去买了个领结，直接夹上那种，这样我就不必学习如何打领结了。
大学的第一年，我从命每周给家里写一封信，汇报自己的进步，却掩饰掉自己遇到的一些困难。当时，在我交往的密友当中，许多人都和我面临着同样的问题。我最直接的学术目标是学习物理——我选择的这个学科。它并不像买个领结那么简单，而我也没有自己期望的天赋。然而，经过四年的艰苦努力，我被好几个优秀的研究生院接收，并最终决定去麻省理工。我的这项决定很大程度上受弗朗西斯·罗尔(Francis Low)影响。他是一位物理学教授，在我大四那年，他沿河而上，来哈佛举办了一系列讲座。尽管我跟本不明白他所倡导什么，但那些哈佛的研究生和教员却对他在黑板上写下的方程式格外注意，尤其感兴趣他所展示的Chew-Low散射模型，这一切都那么令人振奋。我和自己的导师商量，他认为我去麻省理工学院是个很好的选择。自认没有多少机械学长处，我便决心努力成为一名理论物理学家。
在我研究生院的第一年，1959年11月，我听说了欧文·张伯伦(Owen Chamberlain)和我的叔叔艾米利奥(Emlio)——一位实验物理学家，因为发现了反质子而获得了当年的诺贝尔物理学奖。反物质粒子的存在——在质量上与质子和中子一样却在电性上相反——几乎早在30年前就由保罗·狄拉克(Paul Dirac)提出。这是他试图将量子力学和狭义相对论结合成一个美妙方程时得出的结论。大多数物理学家起初都认为这是一个疯狂的推测，但1932年正电子的发现证明了狄拉克是正确的。而反质子的发现却花费了将近四分之一世纪之久，这是由于反质子的产生需要更强大的粒子加速器，而这项技术直到20世纪50年代才出现。不像正电子，发现反质子并非那么令人震撼和惊奇，而是期待已久的。但是，这对于目前理论物理学家当作日常工具来使用的方程式还是重要的肯定。
回到1959年，我当时曾经琢磨叔叔的诺贝尔奖是否是预示着我的选择的正确性。我曾认为，如果他能在行业中成功，我也能。但另一方面，叔叔却给我树立了几乎不可逾越的标杆。父亲不断鼓励我；他写到，无论得不得奖，成为理论物理学家要比成为像我叔叔一样的实验物理学家更好。他得到这个结论的理由却模糊不清，他自己是一位古代历史学家，对物理学本质几乎一窍不通。这也让我不禁联想到，他的这种态度是否比其他因素更多地造成了他和自己兄弟之间的紧张关系。
无论如何，我所选择的高能物理学，有时叫做基本粒子物理学，似乎前途光明。我也很满足于自己的选择。理论和实验之间的交互尤其令人欣喜。实验人员发现了新奇的现象，而理论学家迅速给出理论解释。有时，理论学家给出预测，然后被设计精妙的实验所验证或反驳。当时，最为生动的例子是李政道和杨振宁提出的“反应和其镜像存在区别”的理论分析，这是对所谓的宇称守恒的推翻。他们1956年的这个推测很快被证实，而一年之后，他们便获得了1957年度诺贝尔物理学奖。
另外，随着越来越大的粒子加速器的投入使用，新的、甚至不可预知的粒子以一种惊人的速率不断制造出来。莫里-盖尔曼(Murray Gell-Mann)首次尝试将这些新的实体，从彼此之间的对称性考虑进行分类。他当时只有30岁，是李政道获得诺贝尔物理学奖的年纪。这是一个新的领域，有着新的领军人物。我也认为当时的情形与量子力学的早期发展阶段相似。那时，沃尔夫冈·泡利(Wolfgang Pauli)、沃纳·海森堡(Werner Heisenberg)和狄拉克在他们二十几岁时便开启了物理学的革命。既然我才21岁，如果我掌握了必要的能力，或许几年后我也有希望成为一个重要角色。
50年后，我从不同角度来审视当初，看到了自己并没有步入一个迅速发展的领域，却进入了一项长达一个世纪之久的研究弧线的中点，这条弧线从早期的欧内斯特·卢瑟福(Ernest Rutherford)第一次散射实验，延伸到了目前欧洲粒子物理研究所的大型中子碰撞机，从似乎无关紧要的两位学生的研究练习，发展到了涉及数千人的一项长达十年之久、耗资数十亿美金来制造大型设备的国际项目。尽管开始是简单的，但终点也许就是技术上从未达到过的高精尖实验。
我把这个长达一个世纪之久的探索称作“弧线”，“上坡”或许更加贴切，因为我们沿着这百年的足迹不断前进、实验规模越来越大。但另一方面，我们也有下降的，我们的探测范围越来越小——从原子到原子核，进而质子、电子甚至夸克，一直延伸下去。我把我的加入看作不仅是时间上的中点，而且也是组织结构上的中点。那个时候，大学里面的单独小组就可以成功完成一个实验，计算机也在襁褓期，但已经可以用以分析了。
这个故事或许应该从113年前开始讲起，那年，亨利·贝克勒尔(Henri Becquerel)从铀矿中发现了放射性。这项发现暗示着一种前所未有的强大新能源的存在。两年之后，玛丽·居里(Marie Curie)和他的丈夫皮埃尔(Pierre)发表了他们的发现：放射性是铀和其他材料的原子属性。很快，在英国剑桥工作的年轻新西兰人卢瑟福(Rutherford)发现了这种放射性有两种成分，他起名做阿尔法射线和贝塔射线。但我却将这段“弧线”的起点放在1909年，那时，有两位物理学家在为卢瑟福工作，当时，曼彻斯特一位有成就的教授开始敦促一项新的实验，他们使用阿尔法粒子轰击一小块金箔，而这种阿尔法射线和卢瑟福10年前发现的射线一样。自从这次革命性的实验之后，物理学家们便开始使用越 来越高能量的粒子来轰击越来越精致的靶子。这种方法一个世纪以来虽多次演变，但始终都是瞄准用来探测更小范围内物质成分这一目标的。
1911年，卢瑟福认识到了曼彻斯特实验包含的内涵：有别于之前的观点，原子是由围绕着极小、却密度极大的电子和核组成。第二年，他便用原子核来表述这种核，经测量它仅仅之比原子半径的几百到几千分之一略大，但占据了原子的绝大部分质量。
20年后，随着探测的深入，物理学家发现原子核是由质子和中子组成，它们因一种之前无法想象的力结合在一起。再过40年，人们又发现质子和中子是由三种夸克组成。2009年，大型强子对撞机开始全力工作时，我们又将在这个历程迈出下一步，物理学家和历史学家亚伯拉罕·派斯(Abraham Pals)在他的一本叫做《返航》的书中，描述到了这个历程。
物理学的第一批家族
在这长达世纪之久的“弧线”的发展中，推动它进步的动力，一直在成倍增长。那些必须设备的价格从数百美元涨到数十亿美金，完成一个一般的实验研究的团队从两三人发展到几百人。但事情并非像那些越来越大的设备，越来越大的花销这么简单，故事的发展还有赖于那些造就了这般奇迹的人们——这些人彼此相关联，或是因为血缘，或是因为婚姻(据我证实，是在我常常戏称的“家族产业”中拥有一系列亲属)，但最终还是因为拥有共同的目标。
50年前，我对进人这个领域时，构想出了一个天真浪漫的图景，但后面一路走来，却被那些痛苦的失望不断修正(我早年心目中的英雄，杨振宁和李政道，曾经亲同手足，后来却数十年互不理睬)。虽然我看到了这些“毒瘤”，但我仍对物理学这个圈子内普遍存在的支持和爱心感到欣慰。伟大的实验室，如剑桥的卡文迪许实验室，居里放射性研究所，尼·波尔理论物理所等，常常会产生家庭般的感情，在那里，像父母和孩子一样并肩工作的景象，常常为人津津乐道。
卢瑟福所到之处，都会有种家的氛围。在一战之后，他离开了曼彻斯特。那时，约瑟夫·约翰·汤姆森(Joseph John Thomson)决定从他从事35年之久的剑桥卡文迪许实验室教授之职隐退，他因发现电子而获得1906年诺贝尔奖。卢瑟福正在事业巅峰期，自然成为继任者。他接手了卡文迪许实验室达15年之久，在他的领导下，这个实验室成为了世界上原子物理学最出色的研究机构。
在卡文迪许，卢瑟福十分平易近人，但必要时又很严厉。他常常称他的研究组成员为“他的孩子们”。波尔曾经写到过卢瑟福，说“无论研究结果多么平庸，来自他口中的鼓励言辞都会成为我们当中任何人所希望得到的最大鼓励。”谁在扮演“父亲”的角色，谁是最终决定者，当然是毫无疑问的，卢瑟福的直觉是强大的，他的判断又总是很准确，他从来不会被他人的建议所干扰。每天工作开始，他都会首先和实验室助理主管浏览物理学新闻。助理主管是詹姆斯·查德威客(James Chadwick)，在一战前念在曼彻斯特念本科时，他就一直在为卢瑟福工作。浏览之后，卢瑟福会在实验室四处走动，提供建议。每当有原始数据时，他都会坐在试验台前的凳子上，从他的西装背心中拿出铅笔，查看这些数据是否正确。实验室的种种限制目前来看有些过时：晚上6点准时关门，强制性假期，并普遍拥有一种自己动手、精打细算风气。今天看来，卢瑟福家长制作风严重，但当时，那里绝没有怨恨。
在卡文迪许，没有谁的试验比1932年查德威客发现中子的实验更具影响力了。这是卢瑟福“孩子们”的巨大成功，它把人们带入了现代原子物理，成为开启实验物理学家从像波尔、海森堡、薛定谔等理论学家手中夺过领导权的时代标志。在20年前卢瑟福发现原子核之后，正是这些人主宰着物理学。
自从人们惊讶地发现原子核之后，它的组成就一直个谜。例如，人们知道氧原子8个电子围绕有8个质子的原子核旋转，但原子的质量却表明原子核内应该含有16个质子——期望数字的两倍。所以人们普遍认为原子核含有其他的质子，它们和相对轻得多的电子紧紧绑定在一起，所以电荷抵消。但这个说法却立不住脚：如果一般情况下，电子在原子核外较为稳定，那么它们为什么会出现在原子核内部呢?另外一种被查德威客和卢瑟福一直怀疑的解释是：存在一种粒子，它的质量与质子相当，但没有电荷。按照质量估计，氧原子核包含8个这种新命名为中子的粒子和8个质子。
查德威客的发现平息了海峡对岸居里夫人的女儿伊伦(Irène)的竞争。伊伦和她的丈夫弗雷德里克·诺里奥(Frédéric Joliot)组成了令人钦佩的搭档，他们在自己的领域获得了两次诺贝尔物理学奖，并且首次发现了正电子(电子的反粒子)和中子。每次由于他们的观察出现差错，都会看着荣誉归属他人，尽管有失望，但他们却一直在前进。在1934年1月，诺里奥一居里宣布，他们首次实现了人工放射性，这在科学界和医药界引起了巨大的反响。令人满意的是，1935年，查德威客获得了诺贝尔物理学奖，而化学奖则归属了这对年轻的法国夫妇。
居里一家使这个大家庭更紧密地联系在一起。威廉‘劳伦斯·布拉格，作为卢瑟福在卡文迪许的继承者，和他的父亲威廉·亨利·布拉格，因为通过x射线研究晶体结构的成就而一起分享了1915年诺贝尔物理学奖。卢瑟福的前任，也看到了自己的儿子在自己拿到诺贝尔奖31年后，获此殊荣。约瑟夫·约翰·汤姆森(Joseph John Thomson)常常因电子是粒子的论断而被提及，而乔治·佩奇·汤姆森(George Paget Thomson)则因证明电子是一种波而获得荣誉。圈内人认为，这个鲜明的对比可能成为证实量子力学中一项重要的核心准则，尽管这两种表象不可同时探测到。放射性的粒子本质可以解释光电效应；而波动本质导致了以他们名字命名的短波显微镜的研制与发展。
波粒二象性理论的主要发展者是尼尔斯‘波尔(Niels Bohr)。波尔是一名理论物理学家，他的事业在其1912年曼彻斯特与卢瑟福一起的时间内深受影响。彼此欣赏将这个年轻丹麦人和那位著名科学家紧紧地绑在了一起，后来，他甚至把卢瑟福当作了自己的第二个父亲，把自己的孩子命名为欧内斯特(卢瑟福的名，编注)。虽然卢瑟福先是在曼彻斯特，随后又在剑桥多次试图让波尔加入自己的学术家族，但波尔对丹麦的忠诚始终没有动摇。两人保持着对物理学的共同兴趣，并因互补的专业领域而密切合作。在对于原子和后来的原子核问题，卢瑟福向波尔寻求理论的支持，而波尔从卢瑟福那里获得实验的重大结论(尽管两人的观点常常一致，但不一致时，他们也会毫不避讳批评对方的结论)。
在哥本哈根，波尔以卢瑟福的工作风格为榜样，继续追求理论物理学的问题。如同在剑桥期间一样，理想的状态就是在不断探索自己的领域同时，在身边聚集起年轻人，追踪他们每天的进展。最终，1921年，波尔建立了理论物理研究所，那里有着比卢瑟福实验室更为浓重的家庭氛围。研究所 位于一座单独的三层建筑中，有报告大厅、图书馆、青年物理学家工作室、咖啡馆，顶层还有为尼尔斯和玛格丽特·波尔和他们孩子准备的公寓。他们的一个孩子，艾格‘波尔，就是在这里成长的，后来继承了父亲的职位，成为理论物理研究所的所长，并于1975年，获得了自己的诺贝尔物理学奖。
从这个研究所里，诞生了量子力学的哥本哈根派诠释。这套体系可能成为20世纪物理学的最大的革命。
艾米里奥叔叔前往伯克利
在这些如火如荼地发展当口，我的父亲安杰洛(Angelo)却成为了一名古代历史学家。他在20世纪20年代离开意大利的3年当中——两年在维也纳，一年在慕尼黑，耳闻了物理学的巨大发展。尽管他并不完全理解物理学的这些成就，但却感受到了那些发现的喜悦与激动，同时也带有遗憾地感到，未来是属于这些人的。尽管作为历史学家很体面，我仍然相信，他崇拜科学，尤其是物理，胜于一切。
作为长子，父亲必须接手祖父在提沃利拥有的一家造纸厂，提沃利是一个离罗马很近的漂亮古城。但是，他从小就对这件事没有热情和喜好。幸运的是，比他略小的弟弟马可(Marco)却拥有这些。所以，父亲就被解放出来做其他的事情。因为意大利的犹太人认为，学术界是一条进步之路，这就难怪我父亲的兄弟——我的叔叔艾米里奥也成为了教授。我有时认为，这两个(一个出生在l 892年、另一个在1905年)兄弟是两代人，一个从来没有学过开车，而另一个成为自己朋友圈中第一个有车的人。然而，我也看到了他们很多相似之处。我知道尽管有差异，但他们彼此都对对方的工作有着很大的兴趣。
我怀疑，父亲曾感到自己在某种程度上失败了两次。首先是没有经营他父亲的造纸厂，其次是没能成为一个科学家。但是，或许他认为自己可以通过让孩子们成为物理学家，来弥补自己的损失，而且孩子们做到了。我不知道他对我哥哥教导了什么，但当我十几岁时，他就把我指向了这个从来不容纷争的未来。他认为，理论物理是最好的职业。因为“你能够辨别是非，而且不必和你不喜欢的人说话。”我不知道他说的是否正确，但我确实向着他指点的方向做了，并且从未后悔。反而，我战胜了自己，走上了前沿。
尽管我父亲是个物理谜，但是，在20年代末他兄弟带来的消息使他对这个领域更加仰慕。艾米里奥进入了罗马大学，成为一名工程学生。如果不是他的生活在1927年——他刚满22岁时——发生了改变，他很可能会一直这样走下去。他的一个同学——一位数学家的儿子——曾告诉他，恩里科‘费米(Enrico Fermi)是一个公认的天才，刚刚26岁(在罗马大学一个前所未有的年纪)就被授予理论物理学家的职位。重要的是，由于在罗马大学的学生中几乎没有人对物理感兴趣，所以他正在招募团队成员。叔叔和他的好友爱德华多·阿玛尔迪(Edoardo Amaldi)——后者成为二战后意大利物理学领军人物——第一个回应了这个招募。
这个成长的罗马大学小组的研究成果绝对是精彩绝伦的，对于意大利来讲，更重要的是他们正确地感到了自己已经在科研方面落后于它的北部邻国。意大利人甚至至今仍以这个小组的成就为荣。费米被认为是20世纪意大利诞生的唯一一位物理学天才，他也被认为是20世纪所有国家中唯一出现的、在理论和实验方面都有真正意义上伟大贡献的物理学家。
费米早期因他的理论成就而出名，他最为著名的是对于一个长期存在的神奇现象的解释：原子核在衰变时会放出电子。这个现象似乎违反了物理学的基础能量守恒定律。更重要的是，电子怎么可能从原子核内释放出来?先去的推测是，那里根本就没有电子。1933年末，费米和他的一些研究成员正在滑雪度假，我叔叔记得，当时他把这些人召集在房间，告诉大家他已经解决了这个问题。他认为，这可能会是他做过的最重要的工作，并且很可能将来也是。受到沃尔夫冈·泡利(Wolfgang Pauli)的观点启发，他解释了自己的见解，展示了一种新的相互作用，使得中子衰变成一个质子，一个电子和一个尚未观察到的、很轻的、不带电的粒子。后两者将会同时从原子核内部逃离，而那个中性的粒子带走了那些似乎丢失的能量。为了区分于大质量的中子，他把这种新的粒子命名为中微子(neutnno)。
费米作为实验物理学家最为卓著的工作开始于1933年末，当时，他意识到最近发现的中子对于卢瑟福的实验提供了一种新的抛射体。在此之前用到的质子和阿尔法粒子需要相对高的能量才能穿透原子核，因为目标带电荷，与抛射体相互排斥。而另一方面，中子即使很慢，也可以自由地进入原子核，因为它没有电荷。费米、他的老朋友弗朗哥·拉赛蒂(Franco Rasetti)和一些助手——当然也包括阿玛尔迪和我叔叔，迅速开始对这种反应进行起多年的研究，并得到了许多新的、重大的、有关原子核行为的发现。
这项研究于1938年结束，意大利那时颁布了种族法案。费米意识到他的家人处在危险当中(他的妻子劳拉是犹太人)，便于1938年12月前往美国，他从斯德哥尔摩出发，他刚刚在那里获得了诺贝尔奖，因其在中子散射方面的开拓性工作被承认。他在罗马大学的研究组也就此解散了。
在费米离开意大利时，两位德国化学家，奥拓·哈恩(Otto Hahn)和弗里茨·斯特拉斯曼(Fritz Strassmann)在使用中子轰击铀时发现了奇怪的现象。哈恩的长期合作者，里斯·梅特勒(Lise Meitner)帮助解释了该发现的重要之处。梅特勒也是犹太人，在数周前被迫逃离德国。在那年的圣诞夜散步时，她和她的外甥(又是一家人!)，物理学家奥托·弗里希(Otto Frisch)意识到，铀原子核在吸收一个中子后分裂成两部分，该过程可能伴随大量的能量释放。两周后，弗里希便使用核子分裂来表述哈恩·斯特拉斯曼实验中发生的现象。很明显，如果其他的中子释放，就会发生链式反应。1942年12月在芝加哥大学，费米在一个壁球场里首次完成了该现象的可控性实验。很快，费米和其他人，包括我叔叔，来到洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)研制更大的链式反应：原子弹。
费米离开意大利之后不久，我们家也离开了意大利，借口是参观1939年纽约世博会。我才7个月大。我七岁的哥哥因为这个经历受益匪浅，在佛罗伦萨，美国领事礼貌地询问我们什么时候申请的签证，我是不是有点太小呢?我父亲回答道，犹太人的孩子在很小的年纪就对这类(世博会)大事感兴趣。很幸运，那个领事——完全了解如果有可能，我们都会留在美国的意图——是很有幽默感和同情心的。
艾米里奥是在1938年夏天离开意大利的。他逃到了加州伯克利，两年前的夏天，他曾经拜访过这个地方。他感激地发现，物理学家族在大西洋此岸迅速壮大，并欢迎来自欧洲的逃难者。伯克利的欧内斯特·劳伦斯放射性实验室正在取代剑桥的卡文迪许实验室，成为世界最伟大的原子物理实验室。在某些方面，劳伦斯和卢瑟福是一样的开拓者。一个生 长在新西兰，作为移民之子就读于当地的坎特伯雷学院。另一位是移民的孙子，在南达科塔州长大，就读于该州的州立大学。两人后来都成为强有力的领军人物。但他们的目标和风格却不相同。卢瑟福喜欢能在长凳上开展的便宜的实验，而劳伦斯，一个满腔热情的募捐人和企业家，更感兴趣于建造更大更好的回旋加速器，将粒子加速到更高能量，这是卢瑟福实验室达不到的。在实现其梦想的过程中，劳伦斯极致地发挥了美国人智慧，并依靠了美国的新生经济实力。
卢瑟福支持建造物理学需要的大型设备，但劳伦斯的哲学却不同：他认为，先造设备，物理学会随之发展。这是20世纪物理学“弧线”的决策点。仅凭几个人展开并收集一些工具来完成计划的实验已经几乎不太可能了。大物理时代已经开始了!
查德威客于1932年2月发现了中子。两个月后，约翰·科克罗夫特(John Cockroft)和欧内斯特沃尔顿(Ernest Walton)在卢瑟福和波尔的一位门徒乔治·加莫夫(George Gamow)的鼓励下，通过用加速质子轰击锂原子核来诱发核蜕变。这成了日薄西山的卡文迪许实验室最后一个获得诺贝尔物理奖的实验。数月之后，劳伦斯就用他们的回旋加速器复现了他们的结果，并很快前行了。1939年，劳伦斯因为发明回旋加速器而获得诺贝尔奖那年，他已经在计划制造第四个、也是最大的一版回旋加速器了，使用184英寸的空间和重达数千吨的磁铁。其最终产物，质子加速器在1954年投入运行。它的名字也源于它可以将粒子加速到数十亿电子伏特，这是之前第一款回旋加速器所能达到的1千倍。一年之后，反质子的发现，正是源于质子加速器制造的高能碰撞，同时也是质子加速器第一次伟大的成功(也是艾米里奥叔叔获得诺贝尔奖的原因)。
然而，伯克利的物理学的强盛正如卡文迪许实验室的没落一样只是昙花一现。探索质子和中子的结构需要更高能量的粒子束，而这意味着需要更大和更昂贵的加速器。由于人们越来越清楚没有哪个研究所可以独立承担建造这种新设备的巨大开销，所以一些联盟开始形成，着手计划制造这些设备。美国东部的一批大学在1947年联合起来，在长岛建造了一个加速器。其成果就是美国布克海文国家实验室(Brookhaven National Laboratory)
1952年开始运转的质子同步加速器。欧洲的主要国家尽管因二战已经穷困潦倒，但他们不甘落后，也制定了自己的计划。他们于1954年在瑞士的日内瓦联合成立了CERN，欧洲原子核研究组织(缩写源自法语的“欧洲原子核研究组织”)，它的首个粒子加速器在1957年投入运行。收拾行囊前往瑞士
1963年，完成博士论文后，我获得了国家科学基金会的两年博士后奖学金。对于在哪里进行博士后研究，在很大程度上，我受到了这些科学进展的影响。欧洲原子核研究组织似乎是自然而然的选择。在那里，既能让我更经常地见到父母，又能重新回到我曾经离开的欧洲。尽管当时的欧洲原子核研究组织还没有任何重大发现，并且同它在美国的竞争者相比，有着一股自卑情结，但我仍毫不犹豫的做出了决定。另外，实验室的总监维克托·韦斯科夫(Victor Weisskopf)的存在也很令人鼓舞，他熟知我，因为他曾经是麻省理工的教授。韦斯科夫在1961年来到CERN，以一种既代表着伟大悠久历史的欧洲传统、又怀有新的美国式的敢想敢干姿态，出现在人们面前。
尽管才50多岁，韦斯科夫已经在量子力学繁荣时期和原子物理初期，与波尔和泡利这样的人物一起共事过。在他快30岁时从欧洲移民到了美国之后，一直在积极参与原子弹工程，并帮助麻省理工建立了物理教学与研究中心。现在，他是引导CERN走向世界顶峰的最合适人选。韦斯科夫试图重建一个和25年前哥本哈根完全不同、但更大的环境，其中的一些氛围曾使他受益匪浅。在自传中提到波尔时，他说：“从一开始，他就给我及其深刻的印象。他是一个聪明的父亲。”韦斯科夫也想向CERN的年轻科学家们传达这种家庭般的感觉——在周一下午轻松地谈论物理，邀请我们去他在日内瓦房子，总是强调我们有着非常好的进取心，能够从事解决物理学中伟大而美妙的问题是多么的幸福!
CERN攀登成功之路并不那么容易，美国的研究也不会停滞不前。随着1968年国家加速器实验室(现在更名为费米实验室)的开创性突破，美国的物理学家们正在规划一个能够把质子加速到布鲁克海文国家实验室所达到能量的10倍。这个水平足以和欧洲的任何实验室竞争。但CERN坚持下来了，在我到来后的十年内，它公布了他们的首次重大发现。物理学界有句老的谚语：“昨天的发现是今天的工具，明天的背景。”1933年，物理学家们已经相当确信，无法探测到被其它的粒子打散的中微子了。而在1973年，CERN却可以制造一束中微子，使得研究新近发现的、作用在这些粒子和电子、质子上的作用力的细节成为可能。这是一个突破。而另一个十年过后，CERN又成功宣布，他们发现了调解这种力的一种粒子，通常叫做Z玻色子。这个发现是理论与实验结合的又一个成功例子，也是整个世纪弧线的重要特征。理论学家已经预言到Z玻色子约是质子质量的90倍，结果，它一直没有被观测到，直到设备有能力达到激发其生成的必要能量。1983年，当Z玻色子以和预言一致的质量被发现后，这个发现就成为了建立所谓的粒子物理学标准模型的里程碑。至此，这个开始于1909年的长征达到了顶峰。原子成分和其间的作用力属性最终都被发现了。
到那个时候，我已经离开CERN一段时间了。1965年夏天，我在伯克利开始了两年的博士后研究，尽管已经不那么风采依旧，但这里仍是高能物理领域的权威之地。这次在加州生活的额外收益是，我逐渐认识了叔叔艾米里奥，他那时已经是大学的资深教授。由于父亲和他的争执，我从小就很少见到过他。艾米里奥从来不是一个容易相处的人，在自传中，他这样描述他和我父亲的关系：“我的耐心和宽容部分源于对安杰洛敏捷的智慧的尊重，也部分地源于，在某种程度上，我和他相似。”我自己的观点是，尽管艾米里奥声称他对我父亲有着耐心和宽容，但他两人都不是这一美德的典范。然而，与现在已经临近退休的叔叔相处的日子，正是见证了20世纪物理学进展的窗口，里面没有兄弟之争，完全是一种快乐的家庭体验。
我的父亲是一位想成为科学家的历史学家。而我却看到，艾米里奥转向了历史，部分是由于他想记录下他所目睹的科学事件，另一部分是描述他所遇到和共事过的杰出人物。几年内，他写了《从X射线到夸克》一书，以参与者的身份，回顾这百年的物理历史。1976年推出时，我读了这本书(最原始的意大利文版)。但是，我那时被日复一日地建立自己的事业所吸引，无暇深入思考。我当时已经是宾夕法尼亚大学的教授，深深投入到标准模型的神秘探究之中，我接受了古根海姆奖学金，回到CERN一年。欧洲已经开始讨论建造新型的粒子加速器：可以制造相当高能的电子-正电子对 撞，并被视为研究Z介子衰变的理想环境。Z介子当然并没被实验所观察到，但它的发现是理论预计结果，并计划立即开始验证，因为建造大型加速器将会花费很多年。这就是现在高能物理的运作方式：为期望结果和意外的结果而建立。大型电子-正电子对撞机在1981年正式被批准，建设工作起始于1983年，五年多一点完成。在80年代末，大型电子-正电子对撞机，也被称为Z工厂，开始神奇地工作了。
若想保持竞争力，美国需要有些行动。1993年，在首批对超导和超级对撞机投入20亿美金之后，议会又取消了美国物理协会的这个工程。这一举动表明，均衡的研究实力开始向欧洲倾斜。30年前，我回到欧洲时，带着对美国建设粒子加速器的满怀嫉妒，而现在却轮到美国开始嫉妒了。大型强子对撞机的完成已经证实了这种转变，尽管我希望，欧洲对撞机的建立并不意味着美国参与运作这些设备的结束。在全球科学合作的时代，一个人可以从各个国家找到人手来保证大型加速器实验的成功。事实上，这个领域已经成为国际合作的楷模。
大型强子对撞机的完成和卢瑟福散射实验一百周年纪念，使得现在是回顾该领域lOO年来巨变的最佳时刻——从这道“弧线”搭载起我们的地方，到我们想去的地方，还有前方隐约而显的新挑战。
牛顿的格言“如果我看得更远，那是因为我站在巨人的肩膀之上”对于今天的物理学家们同样适用。爱因斯坦、普朗克，居里、卢瑟福和波尔，我们智慧的先驱，为我们理解原子打下了基础。随后，20世纪的年轻天才们发现了量子力学，探索了原子核，并制造了新的设备。尽管界限不很鲜明，新的一代——我自己这一代——紧随着二次世界大战而出现，认识到了基本粒子和其之间的作用力，将它们统一在标准模型当中。
这是个辉煌的旅程，但挑战仍存。基本粒子如何俘获质量?是否存在着更深层的理论来解释粒子的身份和他们之间的作用力，同时又符合爱因斯坦的引力统一理论?许多人认为，弦理论是该方向的重大飞跃，但结论性的证据还无法获得。这都是摆在当代人面前的问题，这一代人正值创造力的巅峰期。
也没有人能够从历史中抹去由高能加速器制造出碰撞来模拟出宇宙起源大爆炸后那不足1微妙内的变化历程这一现实。由于这项引起轩然大波的技术的发展，基本粒子物理学和宇宙学现在常常比肩各自的目标。如今，年轻的物理学家可能会参加一个叫做“内太空／外太空”的会议，或者研究一本名叫《从夸克到宇宙》的书。
这种聚合的趋势又重新引发了人们对中微子的兴趣，因为它们在我们的宇宙当中扮演了重要的角色。对我来讲，它们是近在咫尺而又可爱的课题。我们现在常常谈到赞米、我叔叔、以及他们的朋友们在1933年冬天不敢想象的场景。实验表明，中微子来自于太阳内核，我们甚至知道在大型恒星坍缩之后，中微子将在10秒爆炸瞬间带走释放出的99％的能量，相当于太阳在近100亿年寿命中释放能量的总和。然而，在提出中微子存在后的四分之三个世纪以来，我们仍然不知道它的质量，它远远小于电子，但到底有多少?
我带领你们走到现在，也就到了家族产业的结局。艾米里奥的孩子们都没有成为物理学家，但他的一个孙子和我的一个侄子做到了。我的三个女儿也没有进入到这个产业中，但最大的女儿嫁给了一位著名理论物理学家的儿子。所以，尽管不知道我们这两位祖父辈的老人对孩子有多大的影响，但我相信，外孙可能会继承这个传统。由父母来告诉孩子去追逐什么事业的年代已经结束了。
鉴于这些历史背景，我娶了物理学家赫尔曼·侯尔林(Herman Hoerlin)的女儿为妻也就不足为奇了。我知道，当我的妻子贝蒂娜向赫尔曼提起我时，他会在《美国男女科学家大全》里好好研究我一番后，才会表示赞成。幸运的是，我被通过了。最后，大约15年前，我也得到了，一个物理学家的小舅子，那时，贝蒂娜的妹妹杜诗卡(Duscha)遇到了他，相爱后，很快嫁给了这个年老的奥地利鳏夫。他正是维奇·韦斯科夫，我年轻时在MIT和CERN时的偶像。他的第一次露面让我张口结舌，但我很快意识到，一切都会很好的，他是一家人了。