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物理世界奇遇记-第17部分
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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1680 MeV/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152 MeV/c2，在Σ和
Ξ之间是149 MeV/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1672
MeV/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！”
１６ 教授的最后一篇演讲
女士们、先生们：
1962年，默里·盖尔曼和尤瓦尔·尼曼分别独立地认识到，
可以根据ＳＵ（３）群把各种粒子归纳成一些家族图形。
他们发现，并不是所有家族图形都是完整的，其中有一些空
隙。从这方面说，这种情况同门捷列夫早先在编制其原子元素周
期表时所面临的局面非常相似。门捷列夫也发现元素的表现可以
排成一些周期循环的图形，如果他给当时还没有发现的元素留下
一些空位，通过考察这些空位旁边的元素的性质，他便能够预测
那些未知元素的存在和它们的本质。现在，历史再次重演了：盖
尔曼和尼曼也根据三角形十重态中的一个空位，预测出Ω－粒子
的存在和它的具体性质。由于1963年引人注目地发现了Ω－粒子，
科学界便完全相信ＳＵ（３）对称群是站得住脚的。
门捷列夫周期表通过揭露元素之间的关系，暗示了它们的内
部结构：应该把各种元素看做是用同一个题材写成的不同类型的
作品。这种看法后来在原子结构理论中得到了证实，根据这个理
论，一切原子都是由一个原子核及其周围的电子组成的。
1964年，盖尔曼和兹威格指出，粒子所表现出的相似性和家
族图形同样是某种内部结构的反映。这个建议坚持认为，当时被
当作“基本粒子”的２００多种粒子，事实上很可能是由更为基
本的组成部分构成的合成物。这些组成部分被叫做夸克。目前，
大家都相信夸克是真正的基本粒子。它们被看做是不具有由“亚
夸克”组分组成的内部结构的点状物。但是，谁知道是不是这样
呢？我们也可能又一次被证明是错误的！
最初的方案是根据当时已知的三种类型或者说有三种味的夸
克制订的。这三种夸克是上夸克、下夸克和奇夸克。前两种夸克
之所以这样命名，是因为它们的同位旋采取朝上和朝下的方向。
奇夸克的名称则出于它带有新发现的一种物理性质——奇异性。
20世纪70年代，人们辨认出带有另外两种性质（粲性和底性）的
粒子，到了90年代，又辨认出另一种性质（顶性�
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