1900:游走在欧洲的物理学霸 第1099节

  而且道尔顿是通过大量的化学实验和测量工作,才得出了这个结论。

  因此,他的原子论代替了古希腊原子论,继续统治学界近100年。

  直到1897年,汤姆逊发现了电子,人类终于揭开了原子内部的奥秘。

  原来,原子并不是基本粒子!

  于是,关于原子结构的研究成为重点。

  很快,质子、中子被发现,中微子概念被提出。

  前面说过,1936年,安德森在宇宙射线中发现了μ子。

  当时的物理学家们虽然很高兴,但同时也非常困惑。

  因为μ子的出现破坏了“宇宙的简洁和美感”。

  μ子完全就是放大版的电子,除了质量外,它的所有性质都和电子一样,什么自旋、同位旋等。

  因此,物理学家就奇怪:

  “宇宙已经造出了电子,为什么还要造出μ子?”

  “这完全是多余的啊。”

  谁都解释不了这个问题。

  接着,鲍威尔在1947年又发现了传递强力的π介子。

  现在的粒子家族变成了:质子、中子、电子、中微子、μ子、π介子、光子。

  这里要提一下,π介子按照海森堡的同位旋理论,有三个空间投影,代表了三种电荷状态。

  分别是:π+/π-/π0。

  当时的物理学家认为,这些粒子都是基本粒子,不可再分。

  很快,宇宙射线领域迎来了超级大爆发。

  40年代末至50年代初,物理学家几乎每个星期,都能从宇宙射线中发现新的粒子。

  短短几年,发现的新粒子就有七八十种。

  其中最重要的是美国物理学家罗切斯特和布特勒发现的一批新粒子。

  它们可以分为两类:

  第一类称为【Κ介子】。(注意,这个字母不读Kei,而是希腊字母,读卡帕。)

  包括Κ+、Κ-、Κ0、反Κ0。

  Κ介子跟π介子一样,也是传递强力,不过前者的质量比后者更大。

  第二类称为【超子】。

  其实超子的本质就是类似质子、中子这样的重子。(都是由夸克组成)

  但是因为它们的质量远高于质子和中子,于是就称为“超越一般重子的重子”,简称“超子”。

  超子包括:Λ、Σ+、Σ0、Σ-、≡0、≡-。(嗯,我也不会读)

  这两类粒子,全都与强力有关。

  这时,大家可能发现一个小问题了。

  随着粒子越来越多,仅仅按照重量法分的重子、轻子有点不合适了。

  于是,物理学家将所有和强力相关的力统称为【强子】。

  希望从相互作用的角度梳理粒子的性质。

  强子就包括了重子和介子。

  重点来了!

  物理学家在研究强子的时候,发现了一个非常奇怪的现象。

  以Λ子为例,它是强力作用的产物,性质不稳定会发生衰变。

  Λ子会衰变成π-介子和质子。

  那么很显然,物理学家就想,π-和质子在强力的作用下,也会变成Λ子。

  然而,实验结果却发现,π-和质子是在弱力的控制下,变成了Λ子。

  这里要提一下,怎么才能知道粒子衰变受什么力控制呢?

  把两个粒子相互作用比喻成两个靶面碰撞。

  碰撞面积越大,则就越容易发生碰撞。

  而物理学家发现,力越强,则碰撞面积越大。

  四大力按照强度排序:强力>电磁力>弱力>引力。

  所以,物理学家通过测量碰撞截面,就能知道粒子的作用过程是受哪个力控制。

  回到上面,要如何解释Λ子的问题呢?

  这时候,美国物理学家盖尔曼提出了一个新的量子数:“奇异数”。

  这是一个和同位旋类似的量子数,是盖尔曼在研究了大量的粒子性质后,假想的一个量子数。

  想的过程也很简单,就是加减乘除硬凑。

  比如一个粒子衰变中,有重子数1、轻子数1、电荷数+1、自旋1/2、同位旋2/3等等量子数。

  按照规律,这些量子数的数值在作用前后都需要守恒才行。

  但是现在Λ子不守恒了。

  好办,新加个奇异数凑守恒就行了。

  就是如此朴实无华的理论。

  这里,其实也能体现出民科和真正物理学家的区别。

  前者的凑,那是毫无理由和基础的凑;而后者的凑,是在深入研究已有结果的基础上,能完美解决问题。

  两者不可混为一谈。

  解决了不守恒的问题后,物理学家开始系统地研究这些新粒子。

  很快,大家就发现,通过让这些已知的粒子发生碰撞,能得到很多的人造新粒子。

  (碰撞产生新粒子有相应的理论能证明,这里就不提了。)

  于是乎,到了60年代,粒子家族的成员已经超过了300种,连希腊字母都快不够用了。

  其中绝大部分都是各种各样的强子。

  最重要的是九种介子和九种重子。

  九种介子:ρ+、ρ0、ρ-、K*+、K*0、反K*0、K*-、ω、ф。

  九种重子:Σ*-、Σ*0、Σ*+、≡*-、≡*0、Δ++、Δ+、Δ0、Δ-。

  这些粒子同样拥有自己的电荷数、重子数、同位旋数、奇异数等各种量子数。

  这时候,物理学家们已经被300多种粒子折磨的死去活来。

  比如发现兰姆位移的那个兰姆,就曾无奈地说过:

  “以后谁要是再发现新粒子,先罚他1000美元再说。”

  可见越来越多的粒子已经把大家都逼疯了。

  要是在以前,发现新粒子是多么大的荣誉啊,整个学界都要震惊,普天同庆。

  但是现在,新粒子多到物理学家已经想吐了。

  果然,什么东西一玩腻了,就没意思了。

  而且,大家也不需要把这些粒子记得那么清楚。

  因为费米也记不住

  他还打趣说:“谁要是能记住所有的粒子名称,谁就能成为生物学家了。”

  好一个鄙视链啊。

  玩笑归玩笑。

  这时候,一个最严峻的问题摆在了物理学家面前:

  “这些粒子都是不可再分的基本粒子吗?”

  在当时,所有物理学家都会异口同声地回答:

  “不可能!”

  “绝对不可能!”

  “这些粒子数太多太杂了。”

  “我们的宇宙是那么的美丽和对称,绝对不可能有如此臃肿垃圾的底层代码。”

  所谓屎山代码,物理学家也是深恶痛绝的。

  于是,粒子物理学有了新的目标:揭开强子的内部之谜。

  物理学家们坚信,这些不同的强子,肯定是由更基本的粒子组成。

  就像元素只有几十种,却能组合成成千上万的化合物一样。

  提出更基本的粒子谁都会,但关键是有什么证据?如何证明?

  很多物理学家都提出了各种各样的模型。

  但最终全部都失败了。

  这时,提出奇异数的盖尔曼又出手了。

  他和其他人的想法都不同。

  “咱先别管那个更基本的粒子是什么。”

  “先把已有的这些强子们进行更细致的分类吧。”(李奇维提出的思想)

  那么,要怎么分类呢?

  盖尔曼不愧是绝世天才,他从量子数守恒的原理出发,把强子按照量子数进行分类。

  他画出了一个非常类似【华夏八卦图】的图形。

  他把那些强子按照量子数的某种规则,放在八卦图的各个节点。

  前面说过,粒子会发生衰变,变成新的粒子。

  所以,八卦图节点之间的连接就是衰变行为。

  这样一来,从哪个粒子到哪个粒子的路径就一目了然了。

  但这时候又产生了一个问题。

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