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μ子和τ子有一些更多样的用途,比如探测金字塔的内部(它们比电子更重,穿透更深)。
但除此之外,大自然似乎毫无缘由地把电子分成了三份,而且不只是轻子有这种分裂。
粒子动物园
我们很难探测到宇宙射线粒子,因为它们大多与地球大气层相互作用,永远不会到达地表。
为了看得更清楚,塞西尔·鲍威尔决定在安第斯山脉的山顶安装一组粒子探测器,看看会发现什么。
1947年,在如此高的地方,鲍威尔发现了一种他称之为“π介子”
的粒子。
π介子的电荷与中子相同,但质量更轻。
几个月后,克里福德·巴特勒以同样的方式发现了K介子。
然后在1950年,科学家发现了λ粒子,它就像一个很重的质子。
接下来我们发现了Ξ粒子、eta粒子和ω粒子,到20世纪70年代初,我们已经有400多种新粒子需要追踪。
[3]
我们原本简洁的收藏品现在看起来更像是一场乱糟糟的聚会,每五分钟就有一个新的不速之客到来。
罗伯特·奥本海默说,我们应该把诺贝尔奖颁给没有发现新粒子的物理学家[4]。
恩里科·费米则十分沮丧,他说:“如果我能记得这么多粒子的名字,那我就可以做一个植物学家了!”
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尽管在数学上很复杂,但量子场论被认为是对物理学基本定律的一种优雅的描述。
丑陋的粒子药水画不出这样一幅图画。
这让人想起一个世纪前化学领域发生的事情。
人们不断发现着具有各种性质的新化学元素,等人们意识到原子是由更小的物质—今天我们所熟知的质子、中子和电子—构成时,各种困惑才得以解开。
物理学家希望同样的事情也会发生在粒子身上。
有400个物种的动物园看起来太乱了。
有的人不得不在混乱中寻找规律,就像费曼使我们对电子和光子的理解变得有条理一样。
或许具有讽刺意味的是,完成这项艰难任务的正是费曼的对手:默里·盖尔曼。
盖尔曼与费曼的办公室隔着一道走廊,两人的关系经常剑拔弩张的。
当他们都获得诺贝尔奖之后,关系变得更糟。
费曼喜欢参加聚会,流连在女人之间(他结过三次婚),在读书上没花太多心思。
盖尔曼是一位杰出的学者,15岁入学耶鲁,能讲多种语言,把很多时间花在阅读语言学和考古学的论文上。
盖尔曼生活恬淡,费曼喜欢酒吧和俱乐部(不过值得注意的是,费曼从不喝酒,他鼓励人保持清醒)。
尽管两人有分歧,生活方式也迥异,但他们都认为质子和中子不是基本粒子。
人们已经知道了几十种更轻的粒子,这意味着存在更小的亚结构,人们正在竞相提出一种新的量子场论来描述它们。
费曼把这些假设的亚质子/亚中子称为“部分子”
,就如何观察它们做了大量的研究。
然而,详细描述它们的理论是由盖尔曼提出的,盖尔曼还给它们取名为夸克(kwork),仅仅因为他喜欢这个词的发音(如果你以前读过这个话题,对“kwork”
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