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物理世界奇遇记15

liuxinyuan2012 2015-09-08 09:41:00 1105

  15 参观原子粉碎机

  汤普金斯先生实在按捺不住他心中的兴奋:教授已经安排好他的一部分学生去参观一所世界上第一流的高能物理实验室。他们就要看到原子粉碎机了!

  几星期前,他们每人都得到实验室发给的一本小册子。汤普金斯先生已经认认真真地从头到尾读了一遍。他的头脑完全被弄糊涂了:关于夸克、胶子、奇异性、能量变物质和大统一理论的等等想法全搅和在一起,似乎能够解释一切事物,独独就是他搞不清楚。

  到达参观中心时,他们被带到一间候参室,没有等待多久,他们的导游就勿匆忙忙地赶来了。这是一位二十五六岁、眼睛明亮、看起来非常热情的女性,她对他们表示欢迎,并且自我介绍说她是汉森博士,是实验室的一个研究小组的成员。

  “在我们去看加速器以前,我想讲几句话,介绍一下我们这里所做的工作。”

  有个人犹犹豫豫地举起一只手。

  “怎么啦?”汉森博士问道,“你有问题要问吗?”

  “你刚才说‘加速器’。那么原子粉碎机呢?我们不能也去看看它吗?”

  导游稍稍露出一个怪相,“这正是我就要谈到的,加速器就是报纸上把它叫做‘原子粉碎机’的那种机器。但是我们并不这样叫它。那是一种误导。尽管如此,你要是仅仅想粉碎一个原子,你就得把它的一些电子敲出来。这是很容易做到的事,——甚至就连粉碎原子核,也是比较容易的——至少同我们这里所做的事情相比是这样的。所以我们便把它叫做‘粒子加速器’。

  “还有什么问题吗?请随便问好了……”她环顾了一下听众。看到没有什么反应,她就继续说下去。

  “那么,好的。我们的总目标是想认识物质的最小组成单元,并且了解究竟是什么东西把它们结合在一起的。毫无疑问,你们都知道物质是由分子组成的,分子由原子组成,而原子又由原子核和电子组成。电子被看做是基本粒子,换句话说,它们不是由更基本的组成单元组成的。但是,原子核就不是这样了,原子核是由质子和中子组成的。我想,这是大家都已经知道的,对吗?”

  听众都点头表示同意。

  “那么,十分明显,下一个问题便是……”

  “质子和中子是由什么东西组成的?”有位女士提议说。

  “对极了。那么,你认为我们应该怎样去找出答案呢?”

  “把它们粉碎掉吗?”那位女士鼓起勇气说。

  “确实是这样,这似乎是一种正确的做法。我们过去先后发现了分子、原子和原子核的结构,靠的就是用‘子弹’很快地射到它们上面,把它们击碎的办法。正因为这样,我们一开始就试着再用这种办法,把粒子——或者是质子,或者是电子——加速到很高的能量,然后让它们去撞击质子。我们希望用这种办法能把质子撞碎并分裂成它的几个组成部分。

  “那么,发生了什么事情呢?”她接着说,“质子被撞碎了吗?没有!不管子弹的能量有多高,质子都从来没有被撞碎过。但是,这时却发生了别的事情——一种十分奇怪的事情:碰撞的结果是产生了一些新的粒子——一些在开始时并不存在的粒子。

  “举例来说,让两个质子相碰撞时,你最后得到的可能是两个质子和另外一个粒子,这就是所谓的π介子。它的质量等于电子质量的273.3倍,即273.3me。我们把这个过程写成下面的式子……”

  汉森博士走到一个可以翻动的图板前,在上面写下

  p+p—→p+p+π

  一位年纪较大的人立即举起他的手。

  “但是,这无疑是不能允许的,”他皱着眉头断言说,“我在中学里学物理已经是很久以前的事了,但是我还记得一点:物质是既不能产生,也不能消灭的。”

  “我想我得对你说,你在中学里学到的东西,有一种是错误的。”汉森博士这样说,她的话引起了一阵笑声。

  “得,我想,那并没有完全错,”她急忙又补充说,“我们不能够无中生有。这一点仍旧是对的。但是,我们可以用能量来产生物质。按照爱因斯坦的著名公式

  E=mc2

  这种可能性是存在的。我想,你们以前大概听说过这件事吧?”

  学生们不能肯定地彼此看了看。

  “我相信,我们大家都听说过一点这样的事。汤普金斯先生主动地答道,“但是我不敢说在我们听过的演讲中已经提到过它。”

  “好吧,它就是爱因斯坦的狭义相对论所得到的一个结论。”汉森博士解释说,“按照爱因斯坦的看法,人们是不可能把粒子加速到比光速还要快的。要想理解这一点,就应该想到质量也在不断增大。当粒子运动得更快时;它的质量便增大了,从而使进一步加速变得更加困难。”

  “我们知道这件事。”汤普金斯先生满怀希望他说。

  “好极了,”她回答说,“这样一来,你们所必须注意的,就只是正在受到加速的粒子不但会变得越来越重,而且它的能量也会变得越来越大。事实上,E=mc2这个方程意味着,有一个质量m同能量E相联系着(c是光速,其所以出现在这个方程里,是为了可以用相同的单位写出质量和能量)。因此,当粒子受到加速并得到更多的能量时,就必须考虑到质量一定会随着能量而增大。这就是为什么粒子看起来变得更重的原因。多出来的质量是由于现在有了更多的能量。”

  “但是我不明白,”那个年纪较大的人坚持他的观点说道,“你说多出来的质量来自多出来的能量,但是,粒子在静止不动的时候就已经有了质量,那时候它并没有能量呀。”

  “你说到点子上了。我们必须记住,能量有几种不同的形式:有热能,有动能,有电磁能,有万有引力势能,等等。静止粒子具有质量这个事实表明,物质本身就是一种能量形式:是一种‘被禁锢的能量’,或者说是‘冻结了的能量’。静止粒子的质量就是其被禁锢能量的质量。

  “现在,在上述碰撞中所发生的事,就是射击粒子原先的动能变成了被禁锢的能量,也就是新出现的π介子的被禁锢能量。在碰撞后,我们得到的是与碰撞前完全相等的能量(以及质量),不过,现在有一部分能量是以另一种形式出现的。是这样吗?”

  每一个人都点头同意了。

  “好的,我们就这样创造了一个π介子。现在我们再来重复做这个实验。我们要检验许许多多次碰撞。我们发现了什么呢?那就是我们无法创造出质量任意大的新粒子:质量为273.3me的粒子可以产生,而质量为274me或275me的粒子却从来没有出现过。确实还有些更重的粒子,但是它们只能具有特定的容许质量。比如说,就产生过一种K介子,它的质量为966me,换句话说,就是大约等于质子质量的一半。甚至还有比质子更重的粒子,像质量为2183me的Λ粒子就是这样的。事实上,目前已知的粒子已经超过200种,并且还有它们的反粒子哩。我们估计,粒子的种类是无限多的。我们所能做到的事,取决于在碰撞中有多少能量可以使用。能量越多,我们所能产生的粒子就越重。

  “好了,既然已经产生了这些新粒子,我们就来看看它们,检验一下它们的性质。这并不是说,我们对于前面的第一个问题——质子是由什么东西构成的——已经不感兴趣了。当然不是这样。但是我们已经发现,要想了解质子的结构,关键在于研究这些新的粒子,而不在于努力把质子击碎成它的各个组成部分。问题在于,所有这些新粒子全都是质子的堂兄弟。大家都知道,有时可以通过研究一个人的家庭背景去认识他本人。这种做法也可以用在这里,我们可以通过考察我们所熟悉的质子和中子的亲属,去了解它们的结构。

  “那么,我们发现了什么呢?正像大家所预料到的,新粒子也带有一些普通的性质:质量、动量、能量、自旋角动量和电荷。但是除此之外,它们还具有一些新的性质——质子和中子所不具有的一些性质。这些性质被称为‘奇异数’和‘粲数’等等。顺便说一下,大家千万别被这些古怪的名称所迷惑,每一种性质都有严格的科学定义。”

  听众中有人举起了手,“你说的是什么意思——‘新的性质’?我们讨论的是哪种性质?你又是怎样认出它的呢?”

  “问得好。”汉森博士中断了片刻,陷入了沉思。

  “好吧,让我试一试用下面的方式来说明问题。我先从大家熟悉的一种性质说起。请大家考察一下下面这个产生一个不带电π介子(即π0)的反应:

  p++p+—→p++p++π0  (i)

  右上角的符号表示粒子所带的电荷。我们通常不会在p的右上角写个+号,因为人人都知道质子有一单位的正电荷。但是,由于某些以后大家就会看清楚的原因,我不想把它省略掉。这里还有另外两个反应,一个产生负π介子,另一个产生不带电的π介子

  p++n0—→p++p++π-  (ii)

  π-+p+—→n0+π-  (iii)

  其中n0这个符号代表中子。以上三个反应全部可以实现。而下面的反应却不可能发生:

  p++p+≠→p++p++π-  (iv)

  好了,你们怎样看待这件事呢?为什么前三个反应都发生过,而第四个反应却永远不会发生呢?”

  “是不是同电荷的错误有关系呢?”有个年纪较轻的学生问道,“在第四个反应式中,左边有两个正电荷,而右边却有两个正电荷和一个负电荷,左右两边并不平衡呀。”

  “正是这样。电荷是物质的一种性质,它是应该守恒的:反应前的净电荷必须等于反应后的净电荷。而第四个反应式却不是这样,这就是它不能发生的非常简单的原因。不过,现在再来看看下面这个反应,它牵涉到两个新粒子——不带电的Λ粒子和带正电的K介子:

  π-+n0—→Λ0+K+  (v)

  这是一个已经观察到的反应。同它相反,下面的反应却永远不会发生:

  π++n0≠→Λ0+K++n0  (vi)

  如果你想产生右边几个粒子的组合,那么,开始时左边的粒子必须有所不同:

  p++n0—→Λ0+K++n0  (vii)

  但是,如果开始时左边用的是上面的初始组合,你就会发现,下面这个反应是不会发生的:

  p++n0≠→Λ0+K+  (viii)

  而这是说不通的,因为事实上从能量的角度看,产生Λ0+K+要比产生Λ0+K++n0更容易一些。这样,问题又来了:是什么东西使得反应(vi)和(viii)不能发生呢?

  她的眼睛在学生们的脸上扫视了一下,“这一次同电荷守恒有什么关系吗?”

  学生们都摇摇头。

  “不是的,这不可能同电荷守恒发生关系。”她说,“现在两边的电荷是平衡的。那么,大家有什么想法吗?”

  听众全都有点发呆。

  “好吧,正是由于这一点,我们才引入了粒子具有一种新性质的想法。我们把这种性质称为重子数。这个名称出自希腊文中表示‘沉重’的那个名词。我们把重子数记作B,并且规定各个粒子具有如下的B值:

  n0,p+,Λ0 全都具有B=+1

  π0,π+,π-和K+ 全都具有B=0

  我们把前一组粒子称为‘重子’,把后一组粒子称为‘介子’——出自希腊文中表示‘中介’的那个名词(我也许应该顺便提一下,还有另外一些别的粒子,它们很轻,所以被称为‘轻子’,电子就属于这一类)。

  “现在,在规定了各个粒子的B值以后,我们还要假设B是守恒的:碰撞前后重子数的总值必须相等。说到这里,我希望大家记住这一点,再一次看看前面提到的那些反应,证明那些发生过的反应是B守恒的反应,而那些不会发生的反应则是B不守恒的。”

  经过一两分钟聚精会神地进行加减,学生们开始一面点头,一面小声他说他们同意汉森博士的说法。

  “好的,正是由于B不守恒,那些反应才不能发生。而那些反应不能发生,又告诉我们有一种新的性质B。不仅如此,我们还了解到这种性质的某些表现:它在碰撞中必须守恒,就像电荷、能量或动量等等那样。”

  学生们显然对这个解释感到满意。汤普金斯先生却不是这样。他交叉着双臂坐在那里,脸上露出怀疑的神色。这被汉森博士注意到了。

  “有什么不对头吗?”她问道,“你有问题?”

  “与其说是问题,”他回答说,“倒不如说是评论。坦白说,你的话不能叫我信服。事实上,如果你不介意我这样说的话,我认为那完全是胡扯。”

  “胡扯?”她有点慌张地问道,“我不……对不起,你刚才说什么来的?”

  “我说的是那些粒子的重子数的值。你是从哪里把它们弄来的?我认为你选定那些值,只不过是想得到你希望得到的结果。你给各种粒子安排了那些B值,当然就让那些合适的反应能够发生,而另一些反应不能发生了。”

  汤普金斯的学生朋友们惊讶地盯着他,他怎么敢这样说呢?但是,这种紧张局面很快就消除了,汉森博士突然发出一阵笑声。

  “好极了,”她说,“你绝对正确,这正是我们怎样找出应该规定的重子数时的做法。我们正是仔细考察那些会发生的反应和不会发生的反应,才作出适合于它们的重子数规定的。

  “但是,这里还有比规定重子数更重要的事情。要不是这样,那就是在浪费时间了。关键在于,既然我们利用少数反应找出应该如何规定粒子的重子数的方案,我们以后就可以进一步作出预测,知道其他反应能不能发生了——我们可以作出千千万万个这样的预测。”

  汤普金斯先生看起来仍然不太信服。

  “让我这样来解释吧,”她补充说,“有一次,有个研究小组宣布他们有个重大的发现。他们发现了一种带负电的新粒子,并且把它叫做X-粒子。这种粒子是在下面的反应中发现的:

  p++n0—→p++p++n0+X-  (ix)

  那么,它的B值有多大呢?”

  经过一番匆促的数学运算,学生们开始小声他说:“等于-1。”

  “对了,反应式左边的总B值是+2,而右边有两个质子和一个中子,它们给出的B值是B=+3。这样,为了使两边的B值平衡,X-粒子就必须有B=-1。好了,我们已经‘利用’这个反应找到了B值的意义了。这就是所谓‘胡扯’的贡献。”她说,眼睛故意朝汤普金斯先生那个方向望去。“目前那些研究者进一步宣布说,X-粒子在产生之后,便直接参加下面的反应:

  X-+p+—→p++p++π-+π-  (x)

  你们喜欢这种说法吗?”

  学生们机械地点点头。但是,在一阵悄悄的交谈之后,有几个学生开始试着摇头了。

  “怎么回事?”汉森博士询问他们,“你们不相信他们得出的结果是正确的吗?”

  经过进一步的讨论,然后有个学生解释说,如果X-粒子的B值确实像他们先前所断定的那样等于-1,那么,在这个新反应的前后,总B值是不平衡的,那就是说,这个反应根本不可能是已经实现的。

  “说得好!十分正确。他们确实是在骗人!实际上,X-粒子所参加的是下面的反应:

  X-+p+—→π-+π-+π++π++π0  (xi)

  这就平衡了,你们可以查得出来的。好的,这就是说,你们已经利用重子数这个概念作出了一个预测——预测出反应(x)是不可能发生的。这也就是重子数这个概念的威力。”她转向汤普金斯先生问道,“满意了吗,现在?”

  他露着牙笑了,并且点头表示同意。

  “事实上,”她继续说下去,“X-粒子就是反质子,通常用P-表示它。反质子的质量与质子相同,但电荷和B值与质子相反。反应(xi)是质子和反质子彼此湮没的一种典型方式。

  “好了。现在我们要得出另一个概念。让我们来试一试下面的反应——它是永远不会发生的:

  K++n0≠→π++Λ0  (xii)

  如果你们检查一下反应式两边电荷和重子数的总数,就会发现二边正好符合。但是,我已经说过,这个反应是永远不会发生的。你们为什么认为事情可能就是这样呢?”

  “是牵涉到另外一种性质吗?”慕德提出她的看法。

  “是的,你说得对。我们把它叫做奇异数,并用字母S来表示它。K+的S=+1;P+,n0,π-,π0和π+都是S=0;而Λ0和K-则是S=-1。

  “请大家注意,普通的物质——质子和中子——都没有奇异数。因此,要想产生带有奇异数的粒子,就必须一下子同时产生两个(或更多个)粒子:一个带有S=+1,另一个带有S=-1(就像反应式(v)和(vii)所表示的那样)。这样,它们的S组合相加起来正好等于原来的零。在第一次发现这种新粒子的事例时——当时还不知道S,也不知道S必须守恒,由于这种粒子总是彼此联系在一起成对地产生,人们觉得这种方式很古怪,或者说很奇异,所以便有了‘奇异’这个名称。如果我没有记错的话,我想在你们的小册子里就有一张粒子成对产生事件的照片,你们可能也想看看它。总而言之,自从发现了奇异数以来,人们又认证出一些别的性质:粲数,顶数和底数。

  “这就是说,我们发现在这些碰撞中出现的每一个粒子都带有特定的一组标签。举例来说,质子带有正电荷,即Q=+1;B=+1,S=0,而它的粲数、顶数和底数统统等于零。

  “不过,你们肯定会这样想,这一切都非常美妙,但是它同寻找质子和中子的结构又有什么关系呢?我先前已经说过,我们可以通过考察质子的近亲(即这些新粒子)去发现它是由什么构成的。正是在这个阶段,我们被卷入到一些侦探工作中去。这里的基本想法是:我们要把具有某些共同性质(相同的B、相同的自旋等等)的粒子收集在一起,然后根据它们在另外两个性质上所具有的值把它们排列起来。这两个性质,一个是我们刚刚谈过的S,另一个叫做同位旋,用符号L表示。这个名称出自表示‘同等地位’的名词‘同位’,因为事实上某些粒子是彼此极其相似的:它们具有相同的强相互作用和几乎完全相同的质量,以致人们倾向于把它们看做是同一种粒子的不同表现形式。例如.质子和中子就被看成同一种粒子——核子——的两种形式,其中的一种形式具有电荷Q=+1,另一种形式则有Q=0。至于谈到同位旋,它们分别具有Iz=+1/2和Iz=-1/2(同位旋这个名称中有个‘旋’字,是因为它在数学上的表现同普通的旋转非常相似。

  “定义Iz的一种办法是依靠关系式Iz=Q-Q-,式中Q是粒子的电荷,Q-是该粒子所归属的多重态的平均电荷。举例来说,由于质子的Q=+1,而中子的Q=0,所以它们的核子双重态的平均电荷是Q=(1+0)/2=1/2,这又意味着质子的Iz是Iz=1-(1/2)=+1/2,而中子则是Iz=0-1/2=-1/2。

  “好了,正像我刚才说过的,现在我们要把一些带有某些共同性质的粒子收集在一起,并按照它们各自特有的S值和Iz进行排列,比方说,就像这样做……”

  汉森博士在图板上勾画出一个粒子阵列的草图。

  “这是我们所得到的一种图形:由8个都具有B=+1和1/2自旋的重子所组成的集团。请大家注意,这是个六角形,当中有两个粒子,你们都知道,其中包含有质子和中子。在这样排列以后,我们开始认识到,质子和中子只不过是一个由8个个体组成的家族中的两个成员。

  “现在再看看这个……”

  她画出第二个图形。

  “这是B=0、自旋等于0的介子家族,其中包含有π介子。像前一个那样,这正好是同样完整的六角形,也是由8个个体组成的。不过这一次在中心有一个附加的单态粒子。

  “那么,我们要用这个图形做什么呢?得到这个重复出现的相同图形仅仅是一种巧合吗?不,对于数学家来说,这个图形有一种特殊的重要意义。这是从数学中一个名叫‘群论’的分支学科得出的结论(到目前为止,群论除了描述晶体的对称性以外,在物理学中还用得很少)。我们把这个图形称为‘SU(3)表象’。‘SU’是SpecialUnitary(特一元)的缩写,它所描述的是对称性的本质。而‘3’则表示三重对称性(请注意,当我们把它旋转120°、240°和360°时,是怎样得到相同的图形的)。

  “除了带来这个六角形八重态图形外,相同的SU(3)理论还使我们指望有其他三重对称性的图形。最简单的一种是单态。在介子的情况下,我们同样有8个个体组成的图形。然后,还有构成三角形的十重态……”

  说到这里,汉森博士的话被敲门声打断了。她改变了说话的口气。

  “得,我们的小公共汽车来了。恐怕我得就此结束我简短的讲话了。非常抱歉,不过我相信,在以后的讲座里,你们一定会得到这类关于SU(3)表象的说明的。”

  汽车行驶了很长时间才到达目的地。下车以后,他们发现自己正在走向一座外观非常简陋的建筑物。

  “加速器就在那里面吗?”汤普金斯先生感到有点失望,便向导游这样问道。

  她笑了,但却摇摇头。“不,不是的。加速器在那里的下面。”

  她指着地面说:“大约在地下100米深的地方。这座建筑物只不过是我们到它那里去的入口。”

  进入那座建筑物后,他们乘上了电梯,到底层出了电梯,他们发现自己正站在加速器隧道的入口处。

  “在进去之前,我通常要在这里做个小小的实地演示。你们可能没有认识到,但是你们的家里都有一台粒子加速器。举例来说,这里就有一台。”她指着门口的一台电视监视器说,“在电视机的显像管里,电子从热的灯丝蒸发出来并受到电场的加速,结果就撞击到前面的荧光屏上。这个电场一般是由20000伏的电压降产生的,因此我们说,被加速后的电子具有20000电子伏(eV)的能量。事实上,eV是我们这里所用的基本能量单位。对了,并不是完全用eV,因为这个单位太小了。比较方便处理的单位是兆电子伏(106电子伏,即MeV),或109电子伏(GeV)。为了让大家有个概念,我要说,一个质子中的禁锢能量的大小是938MeV,即将近1GeV。也许我还应该说一下,我们一般把粒子的质量表示成它的能量当量,而不表示成电子的质量。这样,质子的质量就等于938MeV/c2。

  “你们就要看到的粒子加速器也可以加速电子,不过,所达到的能量要比这台监视器高得多,足以产生我前面说到的那些粒子。事实上,我们需要达到上百成千GeV的能量,这就要求有相当于1011或1012伏的电压降。但是,我们是无法产生和维持这样高的电压的——你们只要想想绝缘的问题就明白了,过一会儿,我会告诉你们,我们是怎样绕过这个困难的。不过,现在请先看看这个……”

  她的手伸进衣袋拿出一个东西,把它在电视监视器的前面晃了晃。监视器的图像立刻变得模糊不清了。

  “这是块磁铁,”她说,“磁场可以用来迫使粒子束拐弯。这是我们要加以实现的另一个想法。顺便说一下,”她赶紧补充说,“千万不要——我再重复一遍——千万不要在你们家里的电视机上做这种磁铁实验。如果是彩电,你们就会把它毁了,最后得到一个关于磁铁能对电子束产生什么作用的永久性纪念!只有在像这台监视器这样的黑白电视机上做这种实验才是安全的。好了,我们进去吧。”

  他们走下一条最后通到隧道入口处的过道。隧道的大小同地下铁路的隧道差不多。对着隧道的入口,有一条非常长的金属管,它的直径有10~20厘米,管子沿着隧道的全长延伸着。走到它前面时,汉森博士解释说:

  “这是粒子通过它进行运动的管道。由于粒子要走很长的路,又不应该碰上任何东西,所以管道必须抽成真空,事实上,它里面的真空度要比外层空间的许多区域更高一些。这里这件东西,”她指着包着管道的一个(木+匮)匣子说,“是一个中空的铜质射频腔。它所产生的电场负责在粒子从旁边经过时对它们进行加速。不过,这个电场并不特别强,只有后面那台电视监视器中的加速电场那样大。那么,我们怎样才能达到我们所需要的异常巨大的能量呢?

  “好的,请大家沿着管道看到那一头。你们注意到管道的外形有什么变化吗?”

  他们全都凝视着远方。这时有个年轻人说,“它变弯了,不过不非常明显。我最初还以为它是直的呢,原来却不是这样。”

  “你说得对。这条隧道——连同加速器的管道——都是弯的,它实际上是个圆形,这整个东西的形状就像是个空心轮胎。这个管道以及同类性质的其他机器的周长有数十公里。我们在这里所看到的,只不过是整个圆的很小一段。电子必须沿着这条圆形的跑道运动。这就是说,它们最后会回到它们的出发点,全都准备再次经过同一个射频加速腔。它们每一次从那里经过,就再受到一次冲击而得到加速。这样一来;我们就不再需要巨大的电压降了。代替它的做法是,我们一次又一次地利用相同的加速腔,对粒子进行一系列冲击加速,尽管这种冲击是很小的。你们不觉得这种做法很巧妙吗?”

  他们低声地表示同意。

  “不过,这又引起了另一个问题。我们必须把粒子的道路弯成一个圆。你们认为怎样才能做到这一点呢?”

  “得,根据你刚才对电视监视器的做法,我猜必须用磁铁来这样做。”汤普金斯先生提出他的意见。

  “对了,这里就有一块。”她走到一块同样把管道包围起来的大铁块跟前说,“这是一块电磁铁,它的一个磁极在管道上面,另一个磁极在下面。它会产生一个竖直方向的磁场,使粒子的路径在水平面上拐弯。瞧瞧这个隧道,你就会看到有大量这种磁铁,它们全都相同,正好铺成一个圆环,从而使粒子沿着必要的圆形道路运动。[NextPage]

  “下一个问题是:能够使带电粒子的路径偏离直线的磁场大小取决于粒子的动量,也就是粒子的质量与其速度的乘积。但是这些粒子在不断受到加速,所以它们的动量也在不断增大。这就是说,要使粒子的道路弯曲,并使它们总是沿着圆环运动,就变得越来越困难了。因此,我们就必须这样做:随着粒子动量的增大,供给电磁铁的电流要不断增大,从而使电磁铁两个磁极之间的磁场强度也不断增大。如果磁场的增大正好与粒子动量的增大同步,那么在整个加速期间内,粒子就会精确地沿着相同的道路运动。”

  “啊!”,那位年纪较大的绅士叫了起来,“这一定就是你们把它叫做‘同步回旋加速器’的原因了。我还一直为这个名称感到纳闷呢。”

  “是这样的,你说得对。这很像是奥林匹克运动会上的链球比赛:人们使链球一次又一次绕着圆形转圈,而在链球的速度变得越来越大时,它也把链条绷得越来越紧。”

  “那么,我想这些粒子到了某个阶段会被放出去,对吗?你们最后会放开它们,让它们跑到某个地方去,是不是?”

  “实际上,我们并不这样做,”汉森博士回答说,“你说的是我们过去常用的办法:一旦粒子达到了最大的能量,我们就激活一块冲击磁铁或者创造一个电场,把粒子从加速器中发射出去。于是它们就射到铜靶或钨靶上,并在那里产生新的粒子。然后再用更多的磁场和电场把这些粒子按照它们的种类分开,最后把它们引导到像气泡室那样的探测器中去。

  “采用固定靶有一些麻烦,那就是从可以利用的能量的角度看,它的利用效率并不太高。你们知道,在碰撞中,不但能量必须守恒,而且动量(或者说冲量)也必须守恒。从加速器射出的粒子具有动量,这个动量必定会转交给碰撞后出现的粒子。但是,最后出现的粒子如果不同时具有动能,就不可能具有动量。因此,事实上入射粒子的一部分能量要被扣下来作为储备,以便后来能够把它转交给新产生的粒子作为动能,使它们带着必需的动量进一步运动。

  “我们这台机器的好处,是它有两束粒子朝着相反的方向相撞。在发生对头碰撞时,一束粒子所带来的动量被另一束粒子所带来的大小相同而方向相反的动量抵消掉了。这样一来,两束粒子所带来的能量便全部可以用于产生新的粒子。这有点像两辆汽车发生对头碰撞,要比其中有一辆汽车静止不动时的碰撞猛烈得多,因为在后一种情况下,两辆汽车只不过是像火车脱轨改变了方向罢了。”

  “那么,你是说这里有两台加速器,每台加速器有一个粒子束了?”慕德问道。

  “不,没有这种必要。一个磁场使带负电粒子拐弯的方向,正好同它使带正电粒子拐弯的方向相反。所以,我们的做法就是利用同一组偏转磁铁和加速腔,使正粒子沿着一条路运动,而负粒子则沿着另一条路运动。当然,要想准确地保持相同的轨道,它们必须始终具有相同的动量,所以,这两组粒子就必须具有相同的质量,同时具有相同的速度。这就是我们这里采用反向回旋的电子和正电子的原因。另一种这样的组合是质子和反质子。

  “就这样,两束粒子在不同的方向上受到一圈圈回旋加速,直到它们达到最大的能量。然后它们就被带到圆环上的某些指定点进行对头碰撞,也就是在这些交点上,我们安放了我们的探测仪器。”

  “照你所说,进行对头碰撞看起来显然是一种出好成果的做法。那么,你们最初为什么会操心去考虑固定靶呢?”那个年纪较大的人又提问了。

  “要利用这种互相对撞的粒子束有一个困难,那就是很难得到强度足够大的质子束和反质子束。我们把它们集中成铅笔那样细的窄束。但即使是这样,当把两束弄到一块时,大多数粒子都会不碰到另一束中的任何一个粒子就经过交点飞走了。必须采用极其巧妙的技术把粒子高度集中起来,才能造成相当数量的碰撞。这项工作是用聚焦磁铁来完成的。这里就有一块,”导游指着一块外观不同的磁铁说,“它有两对磁极,而不像通常那样只有一对。”

  “不过,我还是不明白,为什么这台机器要做得这样大。”一位女士问道。

  “啊,你应该认识到,一块这样的磁铁所能产生的最大磁场是有限的。随着粒子能量的增大,它们就变得越来越难以驾驭,因此,为了使它们的道路封闭成一个圆,就必须使用越来越多的这种磁铁。但是,正如你所看到的,每一块磁铁都有一定的物理尺寸——大约是6米吧。这就定下了必须纳入圆圈里的磁铁的数量——大约是4000块吧,更不用说还有聚焦磁铁和加速腔了。而这一切就决定了这个圆的大小。粒子的最终能量越高,这个圆就必须越大。”

  “现在粒子是不是正在加速器中回旋呢?”有一个学生问道。

  “天啊,不!”汉森博士喊道,“在机器运转时,任何人都不许下到加速器隧道这里来的——辐射强度大高了。现在是一个例行定期关机维修时期。这正是为什么把你们的参观定在今天的原因。”

  她迅速地看了一下手表,接着说:“好了,我们该再动一动了。请大家跟着我,我要带你们去粒子束发生碰撞的地点。这将使我们有机会看到一些探测器。”

  他们经过一大串似乎没完没了的磁铁走了非常远的路,终于到达了隧道扩展成一个巨大的地下洞穴的地段。在洞穴中央高高耸立着一个像两层楼那样大的物体。

  “这就是探测器,”汉森博士宣布说,“你们觉得它怎么样?”

  他们都适当地发表了感想。

  “喂,你们别到处乱跑,”她匆忙地叫住两个正在往上爬,想看个清楚的学生。“我们不应该打扰物理学家和技师们。他们正在按照非常严密的计划进行工作。他们的全部维修任务都必须在这个短暂的停机期间内完成。”

  她继续解释这个探测器是怎样围着管道中粒子束的一个交叉点建造的,“这样做的目的是要探测碰撞后射出的粒子。事实上,这并不只是一个探测器,而是有好多个探测器,其中每一个探测器都有它自己的特点和任务。例如,这里有一些透明的塑料,它们在有带电粒子穿过时会发出闪光。还有一些特制的材料,只要有一个粒子以大于这种媒质中的光速的速度穿过它们,就会发出一种特殊的光(契伦科夫辐射)。”

  “但是我记得相对论说过,任何东西都不可能运动得比光更快——光速是速度的极限啊。”有位女士打断了导游的话。

  “是的,这确实是个真理——不过,只有当你所想的是真空中的光速时才是这样。”汉森博士解释说,“当光进入水、玻璃或塑料这类媒质时,它的速度就会变慢。这就是你能看到折射(光的前进方向发生变化)的原因,也是你能显示出光谱线所依据的原理。但是,没有任何东西能阻碍粒子在穿过那种媒质时运动得比光更快。当发生这种情况时,它会发出一种电磁激波,就像飞机的速度超过声速时会产生声爆那样。”

  她继续描述某些探测器是怎样由含有数千条通电细丝的充气室构成的,“当带电粒子穿过这种充气室时,便会从气体中的原子中撞击出一些电子(也就是使这些原子发生电离)。这些电子会迁移到细丝上,而它们的到来便可以被细丝记录下来。通过这种办法,知道了那些细丝所受到的作用,便可以重新画出粒子的径迹。再加上一个磁场,又有可能从不同径迹上出现的曲率测量出粒子的动量。

  “然后,这里还有些量热计。因为它们是依照中学自然科学课中测量能量的热学实验所用的量热计做的,所以才这样叫它。这里所用的量热计可以测量出单个粒子的能量或者相邻的几个粒子束的总能量。

  “知道了粒子的能量,再把它同从粒子径迹的磁曲率导出的粒子动量结合起来,就可以辨认出从初始相互作用中射出的粒子的质量。最后,量热计的外面,还有一些专门用于探测μ子的探测室。μ子像电子一样,是不受强核力作用的粒子。但它同电子不一样,不会轻易通过发射电磁辐射而失去能量(因为它大约比电子重200倍)。因此,它可以强行穿过大多数障碍物而几乎不发生什么变化。正是这种性质,使我们很难探测到它。外面的μ子探测器填满了密度很大的物质。任何能够穿过这种物质的粒子就必定是μ子了。

  “所有这些不同类型的探测器,就像一层层圆筒形的洋葱瓣那样,把加速器管道要发生碰撞的那个地段包围起来。它们必须像一组巨大的、犬牙交错的三维七巧板那样,很好地安装在一起。总的说来,这个结构有2000吨重。”

  “不过,这一切都只有在加速器开动时才会发生,对吗?”汤普金斯先生说。

  “当然啦。”

  “但是,既然在它开动时任何人都不许下到这里来,那么,科学家们又怎么知道这里发生了什么事情呢?”

  “问得好,”汉森博士评论说,“看见这些东西了吗?”她指着从探测器引出的一大堆交缠在一起的电缆说。在汤普金斯先生看来,这简直就像个挨了一枚炸弹的空心面生产车间。

  “它们从各个探测器取出电子信号,把信号送到计算机。计算机对所有各种信息进行处理,并重新画出粒子的径迹。这样一来,这些径迹就可以显示给遥控室里的物理学家们进行研究。这上面就有一种他们要处理的东西。”

  她对着贴在墙上的一张照片点头示意。

  “你们过来仔细看看它。然后我带你们去看遥控室本身。”

  汤普金斯先生一面跟着别人走,一面又不时回头看看探测器。由于这样做,他没有注意到一个维修技师卸下的一根电缆正横放在地板上,他被电缆绊了一跤跌倒了,脑袋重重地撞在地板上……

  “天啊,华生,没有时间休息了。快起来帮我一把。”

  一个外表穿着很像歇洛克·福尔摩斯的人站在他面前。汤普金斯先生正想说明他的名字并不是华生,可他的注意力却被那个探测器弄乱了:探测器正在朝四面八方喷出许多粒子!这些粒子全都在地板上滚来滚去。

  “快,把它们给我拣过来!你能拿多少就拿多少。”

  汤普金斯先生四周环顾了一下,想找到汉森博士和参观团的其他人,但是哪里也看不见他们。他下结论说,他们必定是丢下他到遥控室去了。真是怪事啊!不过,再过一阵子,他们想必会回来找他的。这时他想,他还是迁就一下眼前这个穿着可笑的狂人为妙。

  他捡起一大把粒子,把它们交给自称福尔摩斯的那个人,后者正在默默地俯视着在地板上摆开的几个整齐的粒子阵列。汤普金斯先生认出它们是熟悉的SU(3)表象的六角形。

  “得,自旋等于1/2的有那么多。现在该是自旋等于3/2、B=1的粒子了。”福尔摩斯伸出一只手说。

  “对不起,请再说一遍……”

  “自旋等于3/2和B=1的粒子。快过来,亲爱的朋友,我已经做了些别的了。”

  汤普金斯先生完全给弄糊涂了。“我怎么知道……”

  “看看这些标签。”那个大侦探厌倦他说。

  一直到这个时候,汤普金斯先生才注意到,每个粒子上都贴有一个小小的标签,标签上列出该粒子的各种性质。他在粒子当中挑选了一下,把那些标明具有自旋等于3/2和B=1的粒子交给福尔摩斯,后者随即弯下腰把它们在地板上摆开。在重新进行了某些调整以后,他拉过一把椅子,坐下来研究它们。

  “好了,华生,”他喃喃他说,“你是怎样看待它的?让我听听你调整这种局面的意见。”

  “它看起来像个三角形。”汤普金斯先生注视着面前的图形,鼓起勇气回答道。

  “你是这样看的,是吗?作为一个有自然科学头脑的人,你在识别某种不完整的事物时就作出这样的结论?”

  “对了,它底边的一个顶点不见了。”

  “完全正确!正像你机敏地观察到的,这个三角形并不完整。它少了一个粒子。我有可能得到最后那一点吗?”

  福尔摩斯仍然俯视着那个图形,又一次伸出他的手向汤普金斯先生要东西。

  汤普金斯先生再次在粒子当中翻来翻去,却得不到什么结果。

  “对不起,福尔摩斯。我大概是找不到它了。”

  “哼!但是我依旧相信,在我们这个方向上可能有另一个粒子。根据我们暂定的假说,你认为那个失踪的粒子会有些什么性质呢?”汤普金斯先生想了片刻,“它应该具有自旋等于3/2和B=1。”

  “亲爱的华生,你真的有长进了。”福尔摩斯挖苦地叹了一口气,“当然,它必定具有这些性质,要不,它就不属于这个家族了。谢谢了!关于这个粒子,你还能告诉我一些什么呢?我的方法你是知道的,就用用它们吧。”

  汤普金斯先生不知道该怎么想。过了一会儿,他承认说:“恐怕我并没有什么线索。”

  “哎哟哟!”福尔摩斯暴跳起来了,“对于一个受过科学训练的人来说,这是完全显而易见的:那个失踪的粒子带负电,它没有带正电或电中性的反粒子——它是个非常特别的粒子;它的S=-3(顺便说说,这是从来没有见过的奇异性数值),而质量大约等于1680MeV/c2。”

  “老天爷啊,福尔摩斯,你把我吓坏了!”汤普金斯先生喊道。从他感到吃惊那一刻以来,现在他已经不知不觉地完全进入华生的角色了。

  “由于它是完成这个图形的最后一个粒子,我应该管它叫Ω-粒子。”福尔摩斯作出了结论。

  “但是我不明白,你怎么会知道这一切呢?”

  那个大人物笑了:“我很乐意动用我所有的一点小小的能量来补偿你的损失。首先我问你,在那个图形中有多少个空隙?”

  “一个。”

  “十分正确。所以,我们要处理的只有一个失踪的粒子。其次,你认为它的奇异数有多大?”

  “好的。图形中那个空隙的水准是S=-3。”

  “对极了。那么它的电荷呢?”

  “不知道。在这个问题上,我怕是无能为力了。”

  “利用一下你的观察力吧,朋友!你注意到每一行最左边的粒子带有什么电荷吗?”

  “它们全都带负电。”

  “这就得啦。我们的Ω粒子就处在它那一行的最左边,所以它必定同样带负电。”

  “但是,”汤普金斯先生不同意这种说法,“那一行只有一个粒子,所以,那个Ω粒子也同样是处在那一行的最右边啊。”

  “那又有什么?你张开眼睛扫一扫每一行最右边的成员吧。你注意到什么了吗?”

  汤普金斯先生对它们研究了片刻,然后宣布说:“啊,我明白你的意思啦。每往下一行,就少一单元的电荷,也就是Q=+2,+1,0,所以最后一行必定是Q=-1,这正是我们先前得出的结论。不过,后来你又说到Ω粒子的质量。你怎么能够大致确定它的质量有多大呢?”

  “你检查一下别的粒子的质量吧。”

  “好的,可是怎样检查呢?”汤普金斯先生非常狼狈地问道。

  “通过心算嘛!在相邻两行之间,粒子的质量相差有多大?”

  “欧,我算出在Δ和Σ之间,质量差是152MeV/c2,在Σ和Ξ之间是149MeV/c2。这两个质量差几乎是相同的。”

  “根据这一点,我猜测在Ξ粒子和我们假定的Ω粒子之间,大概也有同样的质量差。好啦,我们该收网了。也许应该劳你驾记住这些性质,再去找找这种粒子啦。”

  说到这里,福尔摩斯向后靠在椅背上,十个手指合拢在一起,然后闭上他的眼睛。

  尽管汤普金斯先生被福尔摩斯这种恩赐般的态度所激怒,他却还是好奇地想知道在前面那些推论中,到底有没有一点是真实可信的。因此,他便顺从地走出去,想到探测器周围对各种散布在地上的粒子彻底搜索一遍。

  但是,他还没有走到那里,就不知道从哪里出现了一群喧闹的电子。汤普金斯先生发现自己完全被它们包围了,并卷入到它们当中去。

  “全体上车!”传来了一声命令。于是,所有电子便蜂拥地朝加速器奔去,推着汤普金斯先生跟它们一起走。它们进入管道,把管道塞得满满的,比交通高峰时间赶火车还要糟糕,每个人都怒气冲冲地用肘部去推别人,想给自己多占些地方。

  “对不起。这是发生什么事啦?”汤普金斯先生向他身旁的电子问道。

  “发生什么事啦?你是新来的还是怎么着?”

  “事实上……”

  “那就欢迎你加入我们这个神风队!”那个电子斜眼看着他,威吓他说。

  “神风队?对不起,我不……”

  但是,已经没有时间去解释了。他们的背后受到猛烈的推动,便都上了路,朝着管道的下方跑去,汤普金斯先生刚刚想到他一定会被挤进弯曲的管壁里而被挤死,却马上开始意识到有个稳定的侧向推力在迫使他离开管壁。

  “啊!”他想,“这必定是偏转磁铁在起作用了。”他的背后又受到另一次推动,“而这必定是我们刚刚经过另一个加速腔。”

  当他们在多次定期冲击之间继续行进时,他注意到这群电子力图设法彼此分散开来,“我认为这是由于我们全都带有负电,从而要互相排斥的缘故。”

  但是,这时他们又一次突然被迫挤在一起。他猜想这肯定是由于他们正在经过一块聚焦磁铁而引起的。

  突然,汤普金斯吃了一惊:从对面的幽暗处有一大群粒子正在飞也似的朝着他们冲过来。他们好不容易才没有被撞上。

  “救命啊!”汤普金斯先生喊了起来。他转向他的同伴说,“你看见了吗?我是说,这是太危险了,他们是谁?”

  “你是新来的,对吗?”带来的是个嘲笑的回答,“它们是正电子嘛!还能是谁?”

  这类事件一次次重复发生:没完没了的一系列加速冲击,其间点缀着一些聚焦插曲,在整个时间内,偏转磁场一直在变得越来越强,而粒子们的能量也变得越来越大。当然,那群正电子就像在做巡回演出一样,定期从对面飞将过来。

  事实上,情况开始变得非常险恶。现在,正电子们每次从旁边经过,都会大声喊出一些坏话:“你们等着吧,我们这就要你们的命!”他们辱骂道。

  “说真的,这是在说你们自己呢!除了你们还能有谁呢?”汤普金斯先生这边的电子也回敬了他们。不管是电子还是正电子,看来都由于期待的意识和兴奋的强度不断增加而变得十分急躁。

  不过,汤普金斯先生已经不再担心了。随着加速器一圈又一圈地转,他觉得越来越头晕、恶心。突然,他的注意力被同伴传来的喃喃警告声抓住了:“喂,打起精神来,要使尽全力!要出事了,祝你好运!你是需要运气帮忙的。”

  汤普金斯先生正想问它是什么意思,但是已经没有这个必要了,正电子们就在他们对面,而且这一次是彼此直接头对着头奔驰。汤普金斯先生看到四周都有电子和正电子在猛烈碰撞,每次碰撞都产生一些新粒子,这些新粒子朝着四面八方分散开来。有些在碰撞中产生的新粒子刚刚出现,就马上分裂成其他粒子。最后,所有碎片全都穿过加速器的管壁而消失不见。

  一片寂静。事情结束了。正电子们已经走开,剩下的全都是电子。汤普金斯先生环顾了四周以后,发现尽管发生了那么激烈的暴力事件,大多数电子就像他自己一样,全都安然元恙。

  “唷,实在太走运啦!”他放心地叹了一口气,“我很高兴事情已经过去了。”

  他的同伴轻蔑地瞪了他一眼。“你真叫人惊奇啊!”那个电子评论说,“你确实是什么都不懂,你就是这种人。”

  这时,正电子们回来了!整个可怕的场景反复出现:第二次,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1672MeV/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!”

  乔治.伽莫夫

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