第402章 基本粒子“不基本”

  第402章 基本粒子“不基本” 在20世纪30年代时,人们的眼光突破了原子到达了电子、质子、中子和光子。人们似乎又一次满足了,称它们是基本粒子。 岂不知,大自然又在给人们开了一个玩笑。没过多久,先是在宇宙辐射中,后是在粒子加速器中,发现了一大批所谓“基本粒子”。自从60年代以后,更加巨大的高能加速器建立了起来,许许多多只在一瞬间湮灭的粒子被人们发现了,一大批基本粒子出现了。“基本”有这么多吗?这是现在物理学家仍在思索的问题。 1928年,狄拉克预言了正电子的存在。一般来说,电子只带负电,然而相对论的电子运动方程却预言了正的电子荷。 1932年,美国物理学家安德森在宇宙线中证实正电子确实存在。后来发现正负电子相遇而迅速转化为两个光子。 1922年,在研究原子核·衰变时出现了问题。30年代时,英国物理学家C.D.埃利斯仔细地测量了从衰变的放射性核发射出的电子的速度,发现有些能量莫名其妙地消失了。 说起埃利斯,又有一个有趣的事。 本来他不是物理爱好者。在一战中他当军官而被俘。在监狱里,他碰上了一名狱友,二人攀谈很投机。这个倒霉的年轻人被当成间谍成为德国监狱里的囚犯。他就是后来物理学界大名鼎鼎的詹姆斯·查德威克。 查德威克本来是去柏林跟弗里兹·盖革学习放射性问题的,没想到被投入监狱。 就这样,埃利斯跟查德威克学习物理以打发无聊的时间,没想到一发不可收拾,他竟然放弃了军人生涯,成为一名尖端物理研究者。 在埃利斯做实验时,他曾用相对论理论计算了放射性核的质量和它衰变后的核(子核)的质量。运用简单的减法和爱因斯坦的公式就可以算出跑出的电子所应有的能量。 然而埃利斯发现,跑出来的电子能量是不相同的,在一个衰变中离逸的电子速度可能慢一些,而在另一个衰变中速度加快。 这一快一慢,证明能量在失落。爱因斯坦是否有错?能量守恒不适用微观粒子世界? 玻尔曾一度想过这个问题,他是量子力学的建立者。 1931年,玻尔的学生,奥地利物理学家沃尔夫冈·泡利提出假说。1933年,他认为有一种至今未知的粒子,它既不参与强作用,也不参与电磁作用,能带走能量而逃逸。 这就是“黑衣窃贼”中微子。 中微子的原文被人们当成了意大利语。它可真正算被理论预言而后被实验证实的粒子。在物理学上,理论预言实践的重大发现还属于凤毛麟角。爱因斯坦是为数不多的对过一次的人。 泡利这个人很有意思,他在某些方面代表了当代尖端理论物理学家的幽默习惯。他是一个快活的胖子,被人称为“说风凉话的大师”。 据说每当他听说一个新的物理成果、理论体系或验证过程等等,他就会十分悲哀地说:“老天,他居然没什么错。”这句口头禅在物理学界被开成一个善意的玩笑,说泡利死后见了上帝,会恳求上帝透露造物的设计与秘密。 接下来发生了什么呢? 在上帝陈述完秘密之后,威严地看着泡利,只见他悲痛地说:“老天,这居然没什么错”。 泡利得出中微子如幽灵一样穿行,没有质量。在量子物理中,人们最注意机率,也就是可能性。 在推测中,微子只通过弱力参与相互作用,与核或电子相遇并相互作用的机率很小。泡利认为“一个中微子可以像幽灵一样穿过整个地球而不与之发生相互作用。”反过来,我们这些有血有肉的人就不能穿过一道墙,因为我们身体的原子肯定会与墙中的原子发生电磁相互作用。 当代著名的物理学家和教授阿·热在他的著作中征引了一首关于中微子的诗。据他所说,美国小说家约翰·阿普戴克对中微子着了迷,写下这首诗,很可能是惟一的一首文学家对亚核粒子的诗歌: 中微子啊多么小, 无电荷来又无质量, 完全不受谁影响。 对它们地球是只大笨球, 穿过它犹如散步, 像仆人通过客厅, 如光透过玻璃。 它们冷落精心装扮的气体, 无视厚实的墙 冷漠的钢和坚硬的铜。 它们凌辱厩里的种马, 蔑视阶级的壁垒, 穿过你和我!就像那离悬的 无痛铡刀,它们落下, 切过我们的头又进到草地, 在夜里,它们进到了尼泊尔, 从床底窥视 一对热恋的情侣。 你呼其奇妙! 我呼其非凡! ——约翰·阿普戴克《宇宙的尖刻》 与中微子撞击相当于遍天撒网。为了能验证它的存在,物理学家要在粒子加速器中产生中微子来,设法与数不清的核相撞。 泡利曾说,他犯下了一个物理学家所能犯下的最严重的错误:“推测出一种不能被实验证明的东西”。然而20年后,美国物理学家F·雷尼斯和C·考万设法证实了中微子的存在。 在宇宙线中,人们更多地观测了这一点。1987年2月22日,神冈的日本物理质子探测器突然在11秒内触发了不下11次。在地球的另一侧,美国的俄亥俄州一座盐矿里的相似的探测器也记录到八次探测结果。 这是19个质子的质量同时自行消失,物理学家们认为,这些质子毁灭是质子与中微子碰撞造成的。 原来在当时,发生了一起天文事件:超新星的爆发。 在大麦哲伦会(LMC)的附近,天文学家命名为超新星1987A的爆发,使不可见的中微子风暴瞬间充斥了无比巨大的宇宙空间。 中微子是恒星在最后的核嬗变时期突然释放出来的。恒星内原子的电子和质子被挤压在一起而形成中子球,一个恒星核区就是巨大的中子球。在数天时间内,这颗恒星的亮度会达到太阳的100亿倍。 正是如此,这个强度极大的脉冲到达了地球。要知道、地球距1987A有17万光年之远。但每平方厘米却能穿过近1000亿个中微子。我们知道数学史上有过许多大数,阿基米德曾经发明大数来超过恒河沙数,要是请他来超过中微子数,可真要伤脑筋啊! 就是这些无数的中微子,地球上的仪器只拦截了19个。 基本粒子在中微子之后层出不穷,人们先想到区别它们。1961年,盖尔排出了基本粒子的“周期表”。1964年,正式提出了“夸克模型”,使人们的认识层面又深入到基本粒子的模型。 大物质→元素→原子→原子核→电子→核内质子→中子→光子→中微子等等,进入了神奇的微观粒子夸克世界。

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