第16章 漫遊粒子世界(2)(1 / 3)

共振態粒子發現以後的相當長一段時間內,粒子物理的研究沒有取得什麼新的進展,稱為物理學家的“冬眠”時期。J/ψ粒子的發現,打破了這種沉悶的局麵,標誌著“休眠”期的結束,為粒子物理學的研究注入了新的活力,預示著繁花似錦的春天的到來。在以後的歲月中,差不多每年都有新粒子被發現,使得粒子大家族不斷有新成員加入進來。

1977年,實驗中發現一種大質量的粒子,取名γ(尹普西隆),它的質量是J/ψ粒子的3倍,達9460兆電子伏。

1983年1月25日,西歐核子中心研究小組,發現了特大質量的粒子W+和W-,質量為80800兆電子伏;同年6月1日,又找到了質量更大的中性粒子Z°,這種粒子的質量是目前粒子家族中最大的,高達92920兆電子伏。這種肥胖粒子的發現有著特殊的意義,它可與19世紀末電磁波被證實一事相提並論,標誌著一種新理論的誕生。

20世紀70年代以來發現的這些粒子,都有很強的個性,在自然界中扮演著十分重要的角色,它們與共振態粒子不同,統稱為第四代粒子。

麵對著這幾百種千差萬別的粒子,為了便於對它們進行研究,需要按照它們的基本特征分門歸類,劃分的方法是多種多樣的。常用的一種方法是按照粒子質量的大小來劃分,共劃分成四大類:

①光子類

隻有γ光子一種,它的靜止質量為零,屬於自成一類。

②輕子類

質量比較輕的一類粒子。到目前為止,隻發現6種,它們是電子(e-)、μ-粒子、τ-輕子、電子型的中微子νe、μ,子型的中微子νμ、τ,子型的中微子ντ,以及它們的反粒子:e+、μ+、τ+、e、μ、τ,總數為12種。

③介子類

粒子的質量比輕子大,而比質子、中子的質量要小,由於這一類粒子的質量介乎兩者之間,稱為介子。比如π+、π°、π-、K+、K°等。

④重子類

質子以及質量大於質子的一類粒子屬於這一類。比如n、Λ°、∑+、∑°、∑-、Ξ+等。

粒子的這種分類方法並不是絕對的。近些年來發現的一些輕子,比如τ輕子,它的質量為1784兆電子伏,差不多為質子的2倍;但它的性質卻與e、μ相同,因此,稱這種輕子為重輕子。有些新發現的介子也存在有類似的情況。介子、重子和超子又統稱做強子。粒子如何分類更為妥當,人們在研究的過程中又提出不少新的方法,這裏不再一一介紹了。

粒子間的相互作用

自電子發現以來的百年間,人們認識的各式各樣的粒子多達幾百種,它們在構成大千世界中扮演著不同的角色,它們並沒有各自獨據一方,其原因是什麼呢?由於粒子之間存在著各種相互作用,諸多粒子憑借著這些相互作用有序地聚集在一起,組成各類物質,形成多彩多姿的大自然。

目前,粒子間存在有4種相互作用,它們是引力相互作用、電磁相互作用、強相互作用和弱相互作用。通過對粒子間各種相互作用的研究,人們可以了解和認識各種粒子的性質、粒子間相互轉化的特點和規律。

各種相互作用的對象、性質、作用強度是各不相同的,下麵作些分析比較。

作用對象

引力相互作用是人們認識最早的一種作用力,它存在於萬物之間。隻要物質的質量不為零,它們之間便存在著這種相互作用。

萬有引力的發現,曆史上曾流傳著一段耐人尋味的故事。相傳在1666年的秋天,一天傍晚,24歲的牛頓坐在一顆蘋果樹下看書。一陣微風吹過,一個熟透的蘋果落到了地麵。這件普普通通的小事,對一般人來說是司空見慣的,但卻引起牛頓深深的思索:地球表麵附近的物體為什麼會向下落?月亮為什麼不會掉下來?這些現象表明,地球對周圍的物體一定存在著吸引作用。牛頓從蘋果落地一事聯想到了地球的引力作用,進而總結出了聞名於世的萬有引力定律。

牛頓目睹蘋果從樹上墜落而產生有關萬有引力的靈感是科學史上的一個美麗傳奇。英國約克大學的基辛博士最近提出新論,他認為“牛頓的蘋果樹”很可能依然在它原先的地點老樹發新枝,繼續生長,這件事引起人們的興趣。相傳這棵蘋果樹1820年被一場暴風雨刮倒後,大多數學者認為早已消失在曆史的煙塵中。基辛博士則認為,這棵蘋果樹被刮倒以後,它的主要樹幹仍保存下來,常年埋於土中,部分重新生根發芽。如果這種說法一旦屬實,這棵蘋果樹至今已生長了350多年。

這故事已相傳幾百年,是否真實無需探究。蘋果確實從樹上落到了地麵,它並沒有飛上天去,這件事本身就很值得回味和思考。往往普通中內含著不普通,偶然中孕育著必然,靈感之中預示著真理之光。

事實上,牛頓關於萬有引力定律的發現並非一件易事,這裏麵既有他本人長期研究工作付出的辛勤勞動,也有前人工作的結晶。