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“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。

一个成对产生的事件
“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。

完整的六角形
“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Special Unitary(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……” |