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发信人: crazy (雪山), 信区: Science
标  题: 基本粒子的新发现(2)
发信站: 紫 丁 香 (Mon Mar 27 03:26:16 2000), 转信


“八重法”
    1947年，英国物理学家罗彻斯特和巴特勒，在用云室研究宇宙线时，偶然发现了
一个奇特的“V”型径迹，似乎是某种中性粒子突然分裂成2个带有一定电荷粒子，分
别朝不同的方向匆匆离去。其中一个是π子，另一个则是某种新粒子。根据它留下的
径迹的性质来看，其质量似乎为电子的1000倍。
    科学家们从未想到存在这样的粒子，它使物理学家们大为震惊。起初，除了给它
取个名字之外，物理学家们对它全然不知所措，就称它为“V 粒子”，而产生这种粒
子的碰撞就称为“V事件”。
    科学家们开始注意了这一事件，不久便发现更多的“V 事件”。到1950年，科学
家们发现这些“V 粒子”实际上似乎比质子或中子还要重。这又是令人震惊的事情，
因为物理学家们先前一直理所当然地认为质子和中子乃是质量最大的粒子。
    物理学家们在惊疑之余便着手研究这些新粒子了。科学家们发现，第一次发现的
那个“V粒子”，某些性质与π子十分相似，因此被归入介子一类，被称为 K介子( K
子)，它共有4种：带正电的K子、带负电的反K子、中性的K子，以及中性的反K子。
    50年代初，所发现的其他“V 粒子”都比质子重，科学家们将它们归为一组而称
为超子，它们有许多性质都与质子和中子相似，所以，人们也把它们合在一起统称为
重子。
    1960年以后，由于采用了新的探测装置——“气泡室”，所以又发现了许多新的
粒子，数量已超过百种，被称为“共振粒子”。这些新粒子寿命十分短暂，寿命最短
的粒子仅为十亿分之一秒钟左右。
    当共振粒子开始为人所知时，物理学家们便开始越来越认真地考虑解释如此众多
的重粒子的方法，他们不明白为什么要有这么多的粒子。
    越来越多的科学家开始想到，粒子的确切数目也许并不重要，也许粒子是以族的
形式存在的，它们应该归并为一些“粒子族”。1961年，美国物理学家盖尔曼和以色
列的尼曼各自独立地提出了彼此极其相似的方案，来构成这些粒子族。
    盖尔曼认真地整理物理学家们所弄清的各种粒子的性质。为了建立一种粒子族的
配置方案，盖尔曼需要与 8种不同的性质打交道，他诙谐地把自己的体系称为“八重
法”——佛教中所说的8种解脱途径。
    他创造了一个由10个粒子组成的粒子族，设想有一个三角形，其底部有 4个物体，
在它上面是3个物体，再上面是２个物体，在顶端是唯一的1个物体。
    底部的4个物体是相互有关的Δ粒子，每一个都比质子重30%左右，它们之间的主
要差异在于电荷。这4种Δ粒子所具有的电荷分别为-1、0、+1和+2；在它们之上的 3
个∑粒子，它们比Δ粒子更重，带有电荷-1、0以及 +1；再上面是两个Ξ粒子，它们
比∑粒子更重，所带的电荷是-1和 0；最后，在这个三角形的顶端是一个最重电荷为
-1的粒子，盖尔曼称最后这一种粒子为负Ω粒子，因为Ω是希腊字母表中的最后一个
字母，并且这种粒子又带一个负电荷。
    盖尔曼琢磨着他的设想，忽然发现在这个图形中规律性很强：质量越来越大，粒
子数则越来越少；电荷的排列方式同样也很有规律：底层是-1、0、+1、+２，然后是
-1、0、+1，再上面一层是-1、0，最后是顶部的-1。其他性质也处处都以有规律的方
式变化着，整个事情确实非常干净利索。
    “这是偶然的吗?”盖尔曼不时地想着这个问题。
    但是，盖尔曼不明白，在这个粒子族的10个粒子中，当时已知的只有其中的 9个，
从来也没有人观察到位于这个图形顶端的第10个粒子，即负Ω粒子，如果它不存在的
话，那么，这整个图像就垮了。盖尔曼认为：负Ω粒子确实是存在的，如果人们去寻
找它，并且确切地知道它们正在寻找的究竟是什么样的东西，那么，他们是能够找到
的。
    盖尔曼的设想公布之后，引起了其他科学家的重视。如果盖尔曼的设想是正确的
话，那么，人们只要采取与此设想吻合的各种数值，便能推演出负Ω粒子的全部特征。
有些科学家进行了认真的研究，他们发现负Ω粒子有许多不可思议之处：它要适于占
据那个三角形的顶端所处的地位，就必须具有很不寻常的奇异数。位于三角形底部的
Δ粒子的奇异数为0，其上的∑粒子的奇异数为-1，再上面的Ξ粒子奇异数为-２，因
此，顶端的负Ω粒子的奇异数就必须是-3。物理学家们从未遇到过这么大的奇异数，
而且，也难以相信一个粒子的奇异数会那么大。
    物理学家们认为，如果真能产生负Ω粒子，那么要形成这个粒子，必须轰击高能
负K 子，使之转变成质子。如果一切正常的话，那么偶然发生一次这样的碰撞便会产
生一个质子、一个正K子、一个中性K子以及一个负Ω粒子。
    1963年11月，物理学家们开始使用布鲁克海文的一台庞大的新设备对粒子进行加
速，它可以把粒子加速到拥有 330亿电子伏的能量，这超过了数年前用来产生反质子
的能量的5倍。到1964年1月30日，科学家从拍摄到的 5万张照片中还没有发现任何异
常的事件，但到31日，出现了一张照片，在这张照片上有一系列径迹，似乎表明产生
了一个负Ω粒子，它继而又分裂成其他粒子，如果往回追溯某些容易识别的已知粒子，
并算出它们必定是由哪几种粒子变来的，然后再继续追溯后者的由来的话，那么，最
后就会遇到一个存在时间极其短暂的负Ω粒子。
    几个星期之后，另一张照片呈现出一组不同的径迹，追溯到最后，也是一个Ω粒
子。也就是说，人们探测到了一个粒子，它以两种不同的方式分裂，对负Ω粒子而言，
如果它恰恰具有盖尔曼所预言的性质，那么这两种分裂方式都是可能的。从那以后，
人们又探测到许多负Ω粒子，它们全部具有恰如盖尔曼预言的那些性质。至此，科学
家已经知道，负Ω粒子之所以在过去没有测到它，是因为它极难形成，而且存在时间
又如此短暂。

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