正文 第68章 “有色有味”的誇克(1 / 2)

科學家們在認識原子核的結構之後,便知道物質通常是由電子、質子和中子構成的,並且知道光子是傳遞電磁力的媒介粒子。20世紀30年代初期,人們普遍認為電子、質子、中子和光子這4種粒子是基本的,即它們不是由更小的基元構成的。

人們從事科學研究的最根本的目的,是想找到支配複雜的大自然的最基本的原理,並期望它簡單明了。4種基本粒子的圖像尚在勾畫之中,新的基本粒子的不斷出現便破壞了這一簡單的畫麵。人們先後從宇宙線中發現了電子的反粒子即正電子、繆(μ)子、派(π)介子和一些奇異粒子。20世紀40年代中期之後,打碎基本粒子的有力工具--粒子加速器一台接一台地建成了。科學家們從而能在實驗室裏用人工方法製造基本粒子的反應過程。從1953年發現反中微子起,陸續發現了反質子、中微子、反中子、反西格馬負超子、多種介子,以及很多基本粒子的變種。到1961年,基本粒子表裏就列有100多種粒子。這些粒子,除了質子和反質子、電子和正電子、中微子和反中微子、光子之外,餘下的都是不穩定粒子。

不穩定的意思,是指這些粒子存在的時間很短。例如自由(指不被束縛在核內)中子的壽命要算長的,也不過887秒,繆介子的壽命為10-6秒,中性派介子隻有10-16秒。這些短命粒子一般是在穩定粒子的碰撞中產生的,產生之後轉瞬就變成了別的粒子。

人們最初以為基本粒子的質量特征與其他性質有密切聯係,於是按質量大小給它們分為3類並給每類一個統稱。質量大的叫重子,例如質子和中子;質量小的叫輕子,例如電子和無質量的中微子;大小介於二者之間的叫介子,例如派介子。後來發現輕子的一些主要性質並不依賴質量,該劃在輕子一類的粒子竟比某些重子的質量還大。人們雖然還沿用原來的稱謂,但對老名稱的字麵意思已不在意。

隨著基本粒子數目的增多,科學家們逐漸意識到,“基本粒子”尤其是重子和介子,並不是理想的基本單元,先後提出了關於基本粒子結構的多種模式。1964年,美國科學家蓋爾曼和茨威格各自獨立地提出了三誇克(即3種味道的誇克)模型,認為重子和介子都是由誇克組成的。

根據已知粒子的一些固有屬性來推測,誇克必須具備一些奇怪的特性。組成1個重子需要3個誇克,組成1個介子需要1個誇克和1個反誇克。為了使重子具有正確的電荷數,誇克必須攜帶1/3或2/3個電子電荷單位,簡單地說,是帶分數電荷。

這種強子(通過強力發生作用的粒子,即重子和介子的統稱)結構的誇克模型,到底是一種數學工具,還是對客觀世界的真實描寫?很長時間內人們一直疑惑不解。茨威格曾在20世紀80年代初的一個報告中寫道:“理論物理學大家庭對這個模型的反應總的來說是不友善的……作為核民主國公民的強子,是由帶分數量子數的基本粒子組成,這個想法似乎有點荒唐可笑。但是,這個想法顯然是對的。”