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然后是第三次,第四次……一段段平静的时期穿插着暴力事件。
汤普金斯先生逐渐认识到,这些碰撞总是发生在管道圆环的几个
固定地点上。“这必定是安放探测器的地方。”他这样猜想。
就在两群粒子再一次相遇的时候,汤普金斯先生最害怕的事
情发生了——直接撞击!他没有得到任何警告就被撞飞了出去。
他干净利落地穿过加速器的管壁飞到外面,在那里,正像他先前
揣摩到的,探测器正在等着他呢。他只是模模糊糊地意识到后来
发生的事:强烈地朝一侧偏转,一阵阵火花,一次次闪光,还有
他在闯过许多金属板时的一连串撞击,最后,他终于在一块金属
板里停了下来。他无法回想起他是怎样设法离开那块金属板的,
他的头脑实在过于迷乱,只剩下一片茫然了。不过,他毕竟是离
开了,并且发现他自己又一次来到实验大厅,处在一大堆同样从
探测器漏出的其他粒子当中。
他躺在那里,开始动动手脚,试图让头脑清醒过来,这时有
个忸怩的声音问道:“你是在找我吗?”
最初,他并没有认识到这个问题是向他提出的,但是,当这
个诱人的提问又重复了一次时,他便努力挣扎着坐了起来。
“对不起,”他瞧瞧四周,鼓起勇气说道,“请再说一遍。”
他发现正在同他说话的是那堆粒子中的一个———个相当罕见的、
外表着实异乎寻常的粒子。
“我想,我并没有找你。”他咕哝说。
“你能肯定吗?”她固执地问。
“十分肯定。”
谈话尴尬地中断了片刻。
“太遗憾了。我可以离开大伙——就一个人,至少你也可以
看看我的标签嘛!”她生气地补了一句。
汤普金斯先生叹了口气,但还是顺从地照她的话做了。他读
出“自旋等于3/2,B=1,负电荷,S=-3,质量是1672
MeV/c2……”
“怎么样?”她期待他说。
“什么怎么样?”他回答说,不晓得她要的是什么东西。不
过,后来他心中突然一动:“老天爷啊,你是……你是Ω-粒子
嘛!你就是我被派出来寻找的那个粒子!我完全忘了。天啊,我
找到了那个失踪的Ω-粒子了!”
他非常兴奋地把她拾起来,急急忙忙地跑回福尔摩斯那里,
让他看自己的战利品。
“太棒了!”福尔摩斯大声喊道,“同我猜想的完全一样。
把它放到它所属的家族那里去吧!”
汤普金斯先生把它放在地板上,完成了那个三角形的十重态。
福尔摩斯则掏出他那有名的黑色陶制烟斗,心安理得地靠在椅背
上吞云吐雾。
“这是基本的,亲爱的华生。”他宣布说,“是基本的。”
汤普金斯先生对摆在他们面前的图形——六角形的八重态和
三角形的十重态——注视了片刻,不过,这时,他开始发觉从福
尔摩斯那烈性烟丝散出的气味是那么辣得呛人,他越来越被烟雾
所包围。这是最不愉快的事,所以他决定还是离开此地为妙。
漫无目标地走了一会儿,他决定绕着探测器闲逛一圈。走到
尽头时,他又惊奇又高兴地看到一个俯身在工作台上干活的熟悉
身影。这是那个木雕匠!
“你在这里做什么?”他问道。
木雕匠抬起头来,认出他的拜访者后,他脸上露出了笑容:
“这不是你吗!能够再一次见到你,真是太好了。”
他们握起手来。
“还在忙着干你的上色活,我看到了。”汤普金斯先生说。
“是的。不过从上一次你来看我以后,我就搬到这里来了。”
他说,“新任务。不再给质子和中子上色了。这些日子要上色的
是夸克。”
“夸克!”汤普金斯先生喊道。
“对极了,它们是原子核物质的最基本的组成部分。中子和
质子就是由它们组成的。”
他看着他的朋友,示意要他走近一点。“我刚才无意中听到
你同上面那个大声嚷嚷的家伙的谈话,”他像在说心腹话那样咕
哝说。“这是基本的,亲爱的华生,是基本的。”他挖苦地重复
了福尔摩斯的话,“去他的吧,他根本就不知道他在说什么。基
本的,简直是胡说!他的那些粒子完全不是什么基本粒子。把我
的话传给他:夸克才算得上最基本的东西。”
“那么,你现在究竟是在于什么活呢?”汤普金斯先生问道。
“在给夸克涂上颜色啊,”木雕匠回答说,“由于新粒子是
从加速器跑出来的,我得给它们的夸克上色。”他一只手拿起一
把很精巧的尖头刷子,另一只手拿着一把镊子,继续说下去:“
这是很琐碎的活。夸克实在是大小大小了。瞧,这里是个介子,
再看看里面的夸克:一个夸克,还有一个反夸克。我得像这样来
处理夸克。”他一边说,一边把镊子伸进介子内部,把那个夸克
夹住,“你永远无法把夸克拉出来,它们胶合在一起,粘得太牢
了。不过没关系,就是它们还呆在里面,我也能够非常好地把它
们涂上颜色。我把夸克涂上红色,就像这一个。然后,再用另一
把刷子,把反夸克涂成绿色。”
“这是你过去给质子和电子所上的颜色嘛。”汤普金斯先生
还记得。
“是的。正如你所看到的,这两种颜色的组合使整个介子变
成白色。但是,我也可以利用其他补色的组合做到这一点:蓝色
同黄色,青色同品红色(或紫色)。”他指着工作台上另一些颜
料瓶说。
“而重子(像这边这个质子)是由三个夸克组合成的。所以
对于重子来说,我要把每一个夸克涂成不同的原色:红,蓝和绿。
这是产生白色的另一种办法。要嘛你采用一种颜色和它的补色,
要嘛就把所有三种原色混合起来。”
这时汤普金斯先生的思想突然走了题,想起不久前同神父的
会面。他想象泡利神父一定会接纳介子——两个对立面的联姻,
但却不敢肯定他对于三个相同粒子的组合会怎样看待。
木雕匠一本正经地往下说:“我想让你知道,这是一项极其
重要的工作。宇宙的构造本身就取决于我在这里所做的事。给质
子和电子上色,只不过是为了使它们看起来漂亮一些——在一般
物理书的插图中更容易区别一些。但是,前面说到的那些却是非
常重要的色。我是说,物理学家们本身就是这样称呼它们的。它
们说明了为什么夸克总是互相束缚在一起——为什么它们永远不
能分离。一个粒子要想能够独立,它就必须是白色的,就像我刚
刚完成上色工作的质子和中子那样。这些质子和中子都放在上面
的匣子里,马上就准备交货了。不过,单个的夸克却是有色的,
所以它们必须永远同带有适当颜色的其他夸克粘在一块。我相信,
我已经把这一切都对你讲清楚了。”
汤普金斯先生觉得他先前从那本小册子读到的某些内容,现
在好像有了着落。但是,究竟为什么粒子应该是白色的,这对他
仍旧是个谜。他走到放着中子的那个匣子跟前,把盖子打开。他
被核子耀眼的白色给震住了。事实上,他被白光弄得眼花绦乱,
不得不用手遮住眼睛……
“我相信,他终于走回来了。”这是慕德的声音,“拿灯来,
对不起,你把他照瞎了。亲爱的,亲爱的,你还好吗?太叫人宽
慰了。我们都担心得要死。你怎么撞成这样了!现在你觉得怎么
样?”
“就是那个正电子,”汤普金斯先生喃喃他说,“那个正电
子击中了我。”
“有个正电子击中了他?”有个声音问道,“他是这样说的
吗?”
“脑震荡,”另一个声音宣布说,“他患了脑震荡。真是一
塌糊涂!我们得把他送去医疗站。现在他需要先休息一会儿,我
们把他前额的伤口包扎一下吧!”
16 教授的最后一篇演讲
女士们、先生们:
1962年,默里·盖尔曼和尤瓦尔·尼曼分别独立地认识到,
可以根据SU(3)群把各种粒子归纳成一些家族图形。
他们发现,并不是所有家族图形都是完整的,其中有一些空
隙。从这方面说,这种情况同门捷列夫早先在编制其原子元素周
期表时所面临的局面非常相似。门捷列夫也发现元素的表现可以
排成一些周期循环的图形,如果他给当时还没有发现的元素留下
一些空位,通过考察这些空位旁边的元素的性质,他便能够预测
那些未知元素的存在和它们的本质。现在,历史再次重演了:盖
尔曼和尼曼也根据三角形十重态中的一个空位,预测出Ω-粒子
的存在和它的具体性质。由于1963年引人注目地发现了Ω-粒子,
科学界便完全相信SU(3)对称群是站得住脚的。
门捷列夫周期表通过揭露元素之间的关系,暗示了它们的内
部结构:应该把各种元素看做是用同一个题材写成的不同类型的
作品。这种看法后来在原子结构理论中得到了证实,根据这个理
论,一切原子都是由一个原子核及其周围的电子组成的。
1964年,盖尔曼和兹威格指出,粒子所表现出的相似性和家
族图形同样是某种内部结构的反映。这个建议坚持认为,当时被
当作“基本粒子”的200多种粒子,事实上很可能是由更为基
本的组成部分构成的合成物。这些组成部分被叫做夸克。目前,
大家都相信夸克是真正的基本粒子。它们被看做是不具有由“亚
夸克”组分组成的内部结构的点状物。但是,谁知道是不是这样
呢?我们也可能又一次被证明是错误的!
最初的方案是根据当时已知的三种类型或者说有三种味的夸
克制订的。这三种夸克是上夸克、下夸克和奇夸克。前两种夸克
之所以这样命名,是因为它们的同位旋采取朝上和朝下的方向。
奇夸克的名称则出于它带有新发现的一种物理性质——奇异性。
20世纪70年代,人们辨认出带有另外两种性质(粲性和底性)的
粒子,到了90年代,又辨认出另一种性质(顶性)。于是,后来
的方案就必须把带有新发现的性质(另外三种味)的夸克包括进
去。所有这6种夸克的性质都在表1中列出。
除了这6种夸克以外,还有6种反夸克,它们的各个量子数
全都与表1所示的值相反。例如,奇夸克s的反夸克s-的Q=
+1/3,B=-1/3,S=+1。
表1 夸克的各种性质
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Q B S c b t
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d…1/3 1/3 0 00 0
u 2/3 1/3 0 00 0
s…1/3 1/3 …1 00 0
c 2/3 1/3 0 10 0
b…1/3 1/3 0 0 …1 0
t 2/3 1/3 0 00 1
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表是Q是电荷,B是重子数,S是奇异数,c是粲数,b是
底数,t是顶数。竖行中的d,u,s,c,b,t分别代表下、
上、奇、粲、底、顶等6种夸克。
这些夸克和反夸克可以合成高能碰撞中产生的所有新粒子。
重子是由3个夸克(q,q,q)构成的。因此,举例来说,质
子是(u,u,d)的组合,中子是(u,d,d),而Λ0是
(u,d,s)。你们可以从表1中查出,上面这些组合确实产
生了各种粒子所具有的性质(例如,质子的B=+1,Q=+1)