第18章 漫遊粒子世界(4)(2 / 3)

1967年,美國斯坦福大學直線加速器中心,建成一套長達3千米的電子直線加速器,可以將電子的能量加速到20GeV;然後用它打擊質子,獲得了可喜的實驗結果。“觀察”到了質子內部存在著點狀物,為誇克模型提供了有力的證據;也為人們深入探索強子的內部結構,尋找自由誇克帶來了希望,增強了信心,指明了美好的前景。

誇克的色與味

由誇克組成的各種各樣的強子中,有一些情況很特殊,引起人們的關注。例如,△++(uuu)、△-(ddd)、Ω-(sss)等,這些強子都是由3個相同的誇克複合而成的。因為誇克的自旋都是12,屬於費米子。由費米子組成粒子時,要受到著名的泡利(1900—1958年)不相容原理的限製。按照這個原理,由誇克組成強子時,每一個強子中不能有兩個或兩個以上完全一樣的誇克。前麵的3個重子都是由3個完全相同的誇克組合而成的,顯然這是與泡利不相容原理相抵觸的,自然是不允許的。為了解決這一矛盾,1964年,物理學家格林伯格提出,每一種誇克還應賦與一個新的物理量,用來描述它的特性。這個量就是“顏色”。為了使3個完全一樣的誇克組成強子時,滿足泡利不相容原理的要求,隻要這3個誇克帶有不同的顏色,問題便迎刃而解。於是,格林伯格便提出每一種誇克有3種不同的顏色,比如紅、藍、綠。這樣組成△++、△-、Ω-的3個誇克,一個是紅顏色的,一個是藍顏色的,一個是綠顏色的。每一種顏色代表誇克的一種狀態;不同顏色,表示同一種誇克處於不同的狀態。組成重子的3個同種誇克,由於顏色不一樣,表明它們處於不同的狀態,這樣便符合泡利不相容原理的要求。

由3種不同顏色的誇克組成的強子是無色的,或者說是白色的。如同白光是由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫7種顏色的光組成的一樣。因此,強子本身並不顯示出顏色的特征。

反誇克具有與誇克相反的顏色,稱為反色,諸如反紅色、反藍色、反綠色等。介子是由一個誇克和一個反誇克組合而成的,誇克帶正色,反誇克帶反色,它們相互抵消,使得介子也不顯示顏色的特性。

截止到目前,人們共提出6種誇克,每一種誇克稱為一種“味道”,一共有6種味道。每一種誇克又有3種不同的顏色,代表3種不同的狀態。這樣,總共有18種不同性質的誇克。若再加上相應的反誇克,使得不同性質的誇克總數達36種。

誇克既有味道,又有顏色。就是這36種色、味不同的誇克組成幾百種性質各異的介子、重子與超子。這些強子和12種輕子,再加上光子,便是構成絢麗多姿的大自然的“基石”。

兒童做積木遊戲大家是熟悉的。小孩利用有限個不同顏色、形狀各異的小積塊,可以堆積、搭建出各式各樣的模型來。小小的積木塊與誇克大有一曲同功的作用。當然,這隻是一種簡單的比喻,誇克的意義自然是小小積木塊無法比擬的。

1962年,正當國外一些物理學家深入研究誇克模型的時候,由中國科學院原子能研究所、中國科學院數學研究所和北京大學等院所的理論物理工作者組成的北京基本粒子小組,對強子的內部結構進行了深入地探討,並於1966年提出了“強相互作用粒子的相對論性模型”,即人們比較熟悉的層子模型。這種模型認為,物質微觀世界的構成是多層次的,而強子結構隻是其中的一個層次,這個層次也是由更基本的單元構成的,稱為層子。理論預言層子的質量要比質子的質量大十幾倍到幾十倍。1972年,我國雲南省的實驗觀測站在雲室中曾觀察到一個重粒子的徑跡,其質量為質子的10倍以上。事例發現以後,曾引起人們廣泛的關注。但由於數量太少,還不足以說明自由層子的存在,有待於更深入地研究與探索。

層子模型的提出,許多物理學家予以高度重視。薩拉姆曾將這一模型的結果介紹給在美國召開的第13屆高能物理國際研討會議,並稱讚這是第一流的科學工作。美國物理學家溫伯格在他著名的《最初的三分鍾——宇宙起源的一種新的看法》一書中對層子模型是這樣評論的:“北京一小組理論物理學家,長期以來堅持一種類似的誇克理論,但稱之為“層子”,而不稱為誇克。因為這些粒子,代表比普通強子更深一個層次的現實。”