夸克之父盖尔曼

作者: 邢志忠

来源: 科学世界

发布日期: 2019-05-27 19:25:01

本文讲述了‘夸克之父’盖尔曼的生平及其在物理学领域的重大贡献,特别是他提出的夸克模型。文章还提到了同时期其他科学家的贡献,如茨威格和坂田昌一,以及中国科学家的‘层子’模型。最后,文章讨论了物质无限可分的观点的放弃。

2019年5月24日,“夸克之父”盖尔曼去世,享年89岁。24岁发现了基本粒子的一个新量子数---奇异数,28岁建立了正确描述弱相互作用的V-A理论,32岁提出了强子分类的八重法,35岁创立了夸克模型,40岁荣获诺贝尔物理学奖……这位个性鲜明的理论物理学家,在20世纪60至70年代初几乎主宰了国际粒子物理学的走向,令同时代许多聪明绝顶的同行黯然失色。

1964年一月,两篇关于强子分类的科学论文几乎同时问世。一篇出自著名理论物理学家默里·盖尔曼之手,题目为“重子和介子的示意性模型”,于1月4日寄达《物理快报》编辑部,2月1日正式发表。另一篇论文是由理查德·费曼的博士研究生乔治·茨威格在欧洲核子研究中心访问期间完成的,题目为“强相互作用对称性及其破缺的SU(3)模型”,1月17日以CERN预印本的形式出现,但却从未正式发表。

茨威格在加州理工学院通过了博士学位论文答辩后,马上来到欧洲核子研究中心访问学习,并以最快的速度做出了上述关于强子结构的研究工作。他将组成强子并携带分数电荷的基本粒子戏称作纸牌中的“幺点”,后者其实就是盖尔曼稍早几天提出的“夸克”粒子。盖尔曼在1964年初独立地提出了核子是由夸克组成的束缚态的革命性思想。利用夸克的概念,盖尔曼能够轻而易举地解释强子的SU(3)对称性。

1964年8月,美国理论物理学家詹姆士·比约肯和谢尔登·格拉肖在《物理快报》发表论文,预言了第四种夸克的存在,并将它命名为“粲”夸克。10年之后,丁肇中和伯顿·里克特通过高能物理实验独立地发现了粲夸克。1977年,利昂·莱德曼在美国费米实验室发现了第五种夸克,即“底”夸克。1995年,第六种夸克也在费米实验室被发现了,它就是标准模型中最重的基本粒子——“顶”夸克。

日本理论物理学家坂田昌一早在1956年就提出了一个类似于夸克模型的假说,即著名的坂田模型,其基本组分是质子、中子和Λ重子。中国科学家也曾在上世纪60年代中期提出过“层子”模型,它的基本思想与夸克模型有相似之处。如今,绝大多数科学家早已放弃了物质无限可分的观点,理由其实很简单:既然在实验上根本无法制造出无限薄的“刀”,那么将物质无限“分割”下去的想法就不过是天方夜谭。

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