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发信人: crazy (雪山), 信区: Science
标  题: 基本粒子的新发现(4)
发信站: 紫 丁 香 (Mon Mar 27 03:27:09 2000), 转信



    最后的冲刺
    莱德曼发现底夸克之后，科学家搜寻的目标便转向了底夸克的配偶——第 6种夸
克，人们称它为顶夸克(t夸克)。
    顶夸克比底夸克更重，因而需要更高的能量才可望探测到它。搜索顶夸克的历程
远比发现粲夸克和底夸克曲折得多。每年总结当年的科学新进展时，关于寻找顶夸克
总是一句话：
    “到目前为止，还没有结果。”
    1984年7月，情况终于有了转机。在莱比锡召开的第 22届高能物理会议上，西欧
核子研究中心的一个实验组报导，他们利用对撞机找到了顶夸克的 6个实验事例，并
确定了顶夸克的质量范围。它的质量大约相当于奇夸克质量的 100多倍，或底夸克的
10多倍。但是，也是在这次会议上，在同一个对撞机上工作的另一个实验小组却报导
说，他们利用类似方法寻找顶夸克，尚未获得肯定的结果。
    1992年10月，费米实验室对撞机检测器的研究人员发现一个可疑对撞事件的尾迹，
似乎发现了顶夸克，但它却又如西方鬼节中的游荡的幽灵，渺然而逝了。
    1994年 4月26日上午，美国费米国家实验室主任约翰·皮普斯宣布：他们可能找
到了证实顶夸克存在的证据。对撞机探测器在一年中的实验中，共探测到约 1万亿次
粒子碰撞事件，并记录下了其中的700万次。他们分析后认为，其中1个事件产生了顶
夸克。但是，在同一实验室用D0探测器探测的小组却没有测到顶夸克事件，所以，多
数科学家认为，还需要进一步的研究工作。
    其实，费米实验室的科学家们也承认，仅凭这一证据，尚不能作出顶夸克确实存
在的定论，还需要收集更多的顶夸克事件，以进一步检验这一成果，参与此实验的科
学家们审慎地指出：他们在过去一年半里收集到的证实顶夸克存在的证据，虽足以使
许多科学家信服，但仍不能作为最终的结论。领导实验的芝加哥大学物理学家肖切特
说：
    “如果有人说：你们干得不错，可是还需要更多的数据才能做出结论，对此我只
能表示同意。”
    另一位费米实验室的高级官员也说：
    “我们并未获得发现，我们只是托到一项证据，这是很好的证据。这项证据与证
实顶夸克实际存在密切相关，下一步是要争取在加速器上实现更多的顶夸克事件。”
    科学家们再接再厉，继续寻找着顶夸克。功夫不负有心人，终于，顶夸克露面了。
    在费米实验室，物理学家比尔·卡里塞斯和梅尔文·肖切特领导了一个由35所大
学和实验室、439 名研究人员组成的科研小组，他们利用实验里的加速器进行研究。
这是世界上最先进的加速器，周长有 6.3公里，使用1000个超导磁铁，能把质子与反
质子加速到各具有9000亿电子伏的能量后进行对撞，平均1兆次的对撞可能观察到1次
顶夸克。D0探测器犹如一座庞然大物，高13米、长20米、宽12米，重5000吨，如此庞
然大物，研究的对象却非常小。
    1995年3月2日，在美国费米国家实验室威尔逊大楼会议厅里，来自世界各地研究
机构及大学的科学家们以及新闻界的1000多人，出席了该实验室举行的学术研讨会暨
新闻发布会。费米国家实验室郑重宣布：经过8年的实验工作，他们已发现第6种夸克
——顶夸克，从而解开了当今物理界预言的第6种夸克的存在之谜。
    随后，该实验室的对撞机探测器研究小组和D0探测器研究小组发言人，分别介绍
了各自研究发现夸克的实验结果：在过去10个月内，对撞机探测小组共找到了56个顶
夸克事例，经过计算，他们得到顶夸克的质量为1760亿电子伏特；D0探测器小组共探
测到17个顶夸克事件，他们得到顶夸克的质量为1990亿电子伏特。这两个小组的结果
虽然不相同，但在误差范围内两者还是一致的。两个小组用不同的分析方法都找到了
顶夸克，而且质量在误差范围内符合，更加强了结果的可靠性。
    顶夸克的发现绝不意味着研究工作的终止，还有许多有关问题需要解决，将要揭
示更多的自然之谜。比如：顶夸克发现之后，物理学家们又开始考虑夸克和轻子是否
还会有更深层次的结构。
    人们或许会问：研究这些微观粒子有什么用处？的确，许多科学家对他们自己的
研究工作也说不清，但对于顶夸克的发现，科学家们回答道：
    “这项发现的意义是告诉我们宇宙是可以认识的。”
    参与这项研究的华裔高能物理学家叶恭平说：
    “宇宙刚开始瞬间，只是基本粒子存在的状态。找到 6种夸克等基本粒子，将可
以协助科学家回溯宇宙的初始阶段，因此，可以知道宇宙过去到未来的演化过程。”
    至于这项发现是不是会像发现质子、中子对人类生活产生影响，仍有待观察。不
过，类似的粒子物理学基础研究有初步成果发表时，实用价值往往都不明显，但绝对
具有极高的学术价值。比如上个世纪建立的电磁理论，当时没有人清楚它的实际用处，
而时至今日，我们生活中的电灯、电话、电报、电传、发电机、电动机、收音机、电
视机、大哥大、频谱治疗仪，哪一项不来自于历史上无数科学家们艰辛的非功利的基
础科学研究呢？著名华裔科学家李政道先生在一次报告中，作了一个非常贴切的比方：
    “基本科学如水；应用科学如鱼；市场经济如鱼市场；要有鱼市场必须有鱼；有
鱼必须有水。但有水未必一定有鱼。”
    是的，应该承认：人类的进步，民族的振兴，永远也离不开那些非功利的、探索
性的基础研究工作。

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