第十一章 马斯特·马克的夸克

1911年,一位名叫C.T.R.威尔逊的英国科经常爬本尼维斯山顶研究云层的构造。座山位苏格兰,潮湿闻名。他突,肯定有一比较简单的办法。回剑桥的卡文迪许实验室,他建了一人工云室--一简单的装置,他在面冷却湿润空气,在实验室现有的条件创建一说的云层模型。

那装置运转良,且有意料外的处。威尔逊使一α粒子加速通云室制造人工云团的候,它留一条明显的轨迹--很像一架飞的飞机留的凝迹。他刚刚明了粒子探测仪,提供了令人信服的证据,证明亚原子粒子确实存在。

最,卡文迪许实验室的另外两位科明了功率更的质子束装置,欧内斯特·劳伦斯在加州伯克利分校造了著名的回旋加速器,或称原子粉碎器,类设备在很长间就是称呼的。所有些新明的原理体相同,无论是是现在,即,将一质子或别的带电粒子沿着一条轨(有是环形的,有是直线的)加速极快的速度,砰撞向另一粒子,撞飞了什。所,它被称原子粉碎器。严格说,算不是科,但一般说是很管的。

随着物理建造越越、越越雄勃勃的机器,他始或推断似乎永无穷尽的粒子或粒子族:π介子、μ介子、超子、介子、K介子、希格斯玻色子、中间矢量玻色子、重子、超光速粒子。连物理始觉不舒服。"年轻人,"有生问恩科·费米某粒子的名字的候,他回答说,"是我记清些粒子的名字,那我就了植物了。"

今,加速器的名字听有点像是弗莱什·戈登打仗的武器:超级质子同步加速器呀,型正负电子撞机呀,型强子撞机呀,相论重离子撞机呀。使的量是此(有的在夜间操,,设备点火邻近城镇的居民才不至注意己的灯光暗淡),它粒子激活的状态:一电子在不1秒的间沿着7公长的隧击打47000圈。人担,科在头脑热的候在无意中创建一黑洞,甚至所谓的"奇异夸克"。从理论说,些粒子与别的亚原子粒子相互,产生连锁反应,完全失控制。是你现在活着在本书的话,说明那情况有生。

寻找粒子需集中一定精力。粒子不但儿很,速度很快,且转瞬即逝。粒子在短达0.000 000 000 000 000 000 000 001秒(10-24秒)间现消失。连最缺乏活力的不稳定的粒子,存在的间不超0.000 000 1秒(10-7秒)。

有的粒子几乎捕捉不。每一秒钟,就有1万亿亿亿微的、几乎有质量的中微子抵达球(数是太阳的热核反应辐的),实际径直穿颗行星及面的一切东西,包括你我,就仿佛球并不存在。了捕捉几粒子,科需在室(通常是废矿井),容器盛放达57000立方米重水(即含氘相丰富的水),因方受不其他类型辐的干扰。

在非常偶的情况,一经的中微子砰撞击水的一原子核,产生一丁点儿量。科通统计有几一丁点儿逐步了解宇宙的基本质。1998年,日本观察人员报告说,中微子确有质量,但是不--约是电子的一千万分一。

今,寻找粒子真正花的是钱,且是量的钱。在现代物理中,寻找的东西的,与所需设备的,往往有意思反比关系。欧洲核研究组织简直像城市。它跨法国瑞士边境,有3000名雇员,占几平方公。欧洲核研究组织有一排比埃菲尔铁塔重的磁铁,周围有一条约26公长的坑。

詹姆斯·特雷菲尔说,击碎原子倒容易,每次日光灯一。,击碎原子核就需量的金钱量的电力。粒子变夸克--即构粒子的粒子--就需更的电更的钱:几万亿瓦电相一中洲国的预算。欧洲核研究组织的一台新的强子撞机定2005年始运转,它将产生14万亿瓦量,建设费超15亿元。,两数字与那台超级超导撞机本所产生的量所需的建设费相比,那简直是巫见巫。20世纪80年代,克萨斯州附近始建设一台超级超导撞机,本身与国国生了超级撞,结果很不幸,现在永远建不了。台撞机的意图是:让科重建尽接近宇宙最初十万亿分一秒的情况,探索"物质的最终质"(老是说的)。该计划粒子甩进一条84公长的隧,获实在令人吃惊的99万亿瓦量。是宏伟的计划,但建设费高达80亿元(最增加100亿元),每年的运行费花几亿元。

许是历史钱倒进洞的最例子。国国此花掉了22亿元,在建一条22公长的隧取消了项工程。现在,克萨斯人拥有一全宇宙代价最高的洞感豪。我的朋友、《价值连城的堡垒》的者杰夫·吉恩我说:"那实际是一片空,周围布满了一连串失望的城镇。"

超级撞机化泡影,粒子物理的眼界放低了点。但是,即使是比较一般的项目的本相惊人,是与,哎呀,几乎任何项目相比的话。有人建议在南达科他州莱德的一座废矿--霍姆斯特克矿--建中微子观察站,其本就高达5亿元,不算每年的运转费。且,花2.81亿元的"一般改建费"。与此同,伊利诺伊州费尔米莱布的一粒子加速器仅更新材料就花费2.6亿元。

总,粒子物理是花钱很的业--但又是收获巨的业。今,粒子的数量已经超150,有100左右被怀疑存在。但不幸的是,理查德·费曼的话说:"很难搞清所有些粒子的关系,它干什,彼此有什联系。"每打一盒子的候,我总是现面有一紧闭的盒子。有的人认存在超光速粒子,其运动速度超光速。有的渴望找引力子--引力的根子。我刨根问底儿已经刨什程度,现在很难说。卡尔·萨根在《宇宙》一书中说,是你钻进一电子深处,你现它本身就是一宇宙,使你回20世纪50年代的那些科幻故。"面,量的别的粒子组了相的星系较的结构,它本身就是一层次的宇宙,此永远--一逐步往推进的程,宇宙中的宇宙,永无尽头--往是一。"

我数人说,是不像的世界。今,即使一本有关粒子物理的初级指南,你必须克服语言方面的重重障碍,比:"带电的π介子反π介子分别衰变一μ介子加反中微子一反μ介子加中微子,平均寿命2.603×10-8秒;中π介子衰变2光子,平均寿命约0.8×10-16秒;μ介子反μ介子分别衰变......"此等等--且,段话是从(通常)文笔浅显的斯蒂芬·温伯格普通读者写的一本书引的。

20世纪60年代,加州理工院物理默·盖尔曼试图情简化一,明了一新的粒子分类法,斯蒂芬·温伯格的话说,实际"在一定程度使量的强子重新变一目了"--强子是集体名词,物理指受强核力支配的质子、中子其他粒子.盖尔曼的理论认,所有强子是由更的,甚至更基本的粒子组的。他的同理查德·费曼跟利那些新的基本粒子叫做部分子,但是有获通。它最被称做夸克。

盖尔曼从说《芬内根的觉醒》的一句话中取了名字:"给马斯特·马克三夸克(quarks)!"(敏锐的物理storks或larks该词的韵脚,尽管乔伊斯脑子的几乎显是者的音。1)夸克的基本的简洁并有持续很久。随着人夸克的进一步了解,需更细的分类。尽管夸克太,不有颜色、味或任何别的识别的化特,它是被分六类--、、奇、粲、顶底,物理奇怪些统称它的"味";它又进一步被分红、绿蓝三颜色。(人怀疑,些名称原先在迷幻药代在加利福尼亚州使。不完全是一巧合。)最,现了所谓的标准模型。亚原子世界说,它实际是一元件箱。标准模型的组分是:6夸克、6轻子、5已知的玻色子1假设的玻色子(即希格斯玻色子,苏格兰科彼·希格斯的名字

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