【物理史中的十二月】1925 年 12 月：西格巴恩（Manne Siegbahn）因 X 射線光譜獲得諾貝爾物理獎
1925 年 12 月：西格巴恩（Manne Siegbahn）因 X 射線光譜獲得諾貝爾物理獎
文｜蕭如珀、楊信男（臺灣大學物理學系）（譯自 APS News，2018 年 12 月）
西格巴恩（Karl Manne Georg Siegbahn）
X 射線光譜在以原子吸收與放射的高能光子為基礎下，包含許多不同的技術，來描述物質的特性。在研究 X 射線的諾貝爾獎得主中，有一位名叫西格巴恩（Karl Manne Georg Siegbahn）的瑞典物理學家，因他對原子的電子結構所做的精確測量而出類拔萃。
故事開始於 1895 年，那年倫琴（Wilhelm Roentgen）做著陰極射線管的實驗，意外發現X射線。1901 年，他因此研究獲得第一屆的諾貝爾物理獎。現在我們已瞭解 X 射線是電磁波譜的一部份，但起先科學家很費力地論證它具有諸如光常見的折射、極化、繞射或干涉等特性。雖然如此，物理學家巴克勒（Charles Barkla）受早期波耳（Niels Bohr）和芮得柏（Rydberg）等科學家有關元素放射譜和它在週期表位置的關連性的研究啟發，成功地使用各種不同「硬度」（穿透度，和波長成反比）的 X 射線來確立化學元素的原子量。
巴克勒的研究建立 X 射線在物質內傳播，以及如何產生所謂次級 X 射線的原理。具體來說，巴克勒在研究整個週期表的過程中，發現 X 射線的穿透力和原子量會一起增加。而當原子量夠高時，他觀察到一種新的、比較軟的輻射會隨著原子量持續增加而依次變更硬。他稱這些輻射為 K 和 L 輻射，而這些輻射就形成區別兩種不同元素的基礎。
莫斯利（Henry Moseley）對元素的 X 射線光譜做了更進一步的研究，導出一簡單的數學法則，說明一個元素的原子數和 X 射線譜的波長有關，這比使用原子量來區別兩種元素更合適。莫斯利在第一次世界大戰中戰死，因此沒資格獲得諾貝爾獎，但是他的研究再度引起巴克勒的注意。巴克勒因他發現多種元素 X 射線的特性而獲得 1917 年諾貝爾物理獎。
最早期將 X 射線波長全譜分離的實驗都是馮‧勞厄（Max von Laue）所做的，他將通過一組做為繞射格柵晶體時的X射線拍攝下來，而這也於 1914 年獲得另一個諾貝爾獎。威廉‧勞倫斯‧布拉格（William Lawrence Bragg）研究出一個比馮‧勞厄更簡單 X 射線繞射的理論，來測定晶體的結構。基於此理論，他父親威廉‧亨利‧布拉格（William Henry Bragg）利用反射取代繞射，建造了一個好用的X射線光譜儀。父子倆於是使用此儀器來測定幾個不同晶體的結構，而於 1915 年同獲諾貝爾獎。
至此，舞台已架設好讓西格巴恩成就他的偉業。西格巴恩出生於 1886 年 12 月 3 日，父親是瑞典斯德哥爾摩西方大約 100 哩的厄勒布魯（Orebro）鎮的火車站長。在服完兵役後，他在隆德大學（University of Lund）獲得博士學位，論文討論磁場的測量，並在那裡任教直到 1923 年。
西格巴恩起先於 1914 年開始這方面的研究時，他使用和莫斯利相同的光譜儀，但之後當他建造他自己的儀器時，即做了重要的改良。他對不同元素所產生的 X 射線波長做了更精確的測量，很快即了解莫斯利所觀察到的波譜線中含有更多的成分。因此，西格巴恩除了有其他的成果外，還可以對電子殼層提供接近完整的描述。西格巴恩和他的學生們接著想出一個儀器，使用一對兩小時的 X 射線曝光，可以分析未知的物質，以判定物質內所含的所有元素。
西格巴恩因「他在 X 射線光譜學領域的研究與發現」，於 1924 年獲得諾貝爾獎，但他在隔年才領到獎。諾貝爾委員會於 1924 年拒絕了原來所有23位的提名，沒有頒發當年的獎項。因此當西格巴恩隔年獲獎時，1924 年的獎項仍空缺著。勞厄是提名他的其中一位同僚，於 1924 年 11 月給委員會的信中強調，西格巴恩在精確測量倫琴光譜波長中扮演著非常重要的角色。
西格巴恩的學術生涯很長且很傑出，於 1923 至 1937 年間任職於瑞典烏普沙拉大學（University of Uppsala），在那裡他證明了 X 射線通過玻璃稜鏡會折射。1937 年，他到斯德哥爾摩大學，也同時擔任剛成立的諾貝爾物理學院的第一任院長。他以前的學生艾德倫（Bengt Edlen）後來回想起他的指導教授說：「西格巴恩和人接觸時沉默寡言，但他說話總是很中肯，所以他安靜的態度並不會被認為是膽怯，相反地，他具有很大的自信，會影響別人跟著他大膽冒險。」
西格巴恩於 1964 年退休，他太太凱倫於 1972 年過世，他自己也在 6 年後往生，享年 91 歲。西格巴恩有兩個小孩，波（Bo Siegbahn）和凱（Kai Siegbahn），（凱也因對 X 射線譜學的貢獻，於 1981 年獲得諾貝爾物理獎。）現在，X 射線波長的標準長度以西格巴恩命名（1 西格巴恩 = 0.000 000 000 000 100 21 =1.0021 × 10－13 公尺），斯德哥爾摩大學設有西格巴恩實驗室，是人們對他重大貢獻兩個永恆的回憶。