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从空中楼阁到微观世界的理论基石 空中楼阁理论( 四 )


与此同时，在美国斯坦福直线加速器中心，伯顿·里克特的实验小组设计并建造了一台新的对撞机——斯坦福正负电子不对称环(SPEAR) 。在这个对撞机中，电子和正电子以相反的方向旋转和碰撞 。1974年11月10日，他们还发现了在31.05亿电子伏的能量上产生许多粒子的事件 。这再次表明了一种新粒子的存在，他们将这种粒子命名为“介子” 。里希特迫不及待地将这一成果公之于众，于是他们决定第二天发布这一消息 。

伯顿和丁肇中 。
无独有偶，在11月10日，也就是里克特的实验小组发现他们新结果的当天，原本在美国东海岸的丁肇中恰好在美国西海岸的斯坦福直线加速器中心相遇 。在这里，在得知里克特实验小组发现新粒子的消息后，丁肇中发现里克特小组发现的新粒子的质量与自己小组发现的质量如此接近，他不得不怀疑这两个小组是否发现了同一种粒子 。因此，丁肇中决定立即公开他的团队的发现，并将他们发现的粒子命名为“J介子” 。
11月11日上午8点，丁肇中和里克特在SLAC实验室主任的办公室里会面 。双方祝贺对方团队的新发现 。经过一番交流，他们确定自己发现的新粒子确实是同一个粒子 。因此，他们立即将实验结果公之于众，并撰写了两篇报告，发表在12月的《物理评论快报》上 。由于两个团队独立发现并命名了新粒子，为了使他们的贡献得到认可，学术界将这种粒子命名为J/ Particle，这是由两个字母名称组成的基本粒子家族中唯一的粒子名称 。
J/粒子的性质不同于以往发现的任何粒子，以至于只有glashow和Bjorcken在夸克模型下预言的粲夸克才能合理解释J/粒子的存在 。事实上，J/粒子由一个粲夸克和一个反粲夸克组成 。J/ particle的发现在粒子物理领域引起了一场不大不小的革命，后来被称为“十一月革命”，因为这意味着夸克模型理论不是一纸空空谈 。由于粲夸克的发现，强子被证明是由夸克组成的 。
然而，这并不是夸克发现故事的结尾 。当丁肇中和里希特忙于加速器和对撞机实验时，另一组科学家在其他领域的研究表明，夸克的数量比比格拉特·肖和比约肯认为的要多 。
早在1956年，为了解释质量和寿命相同的+粒子和+粒子(后来证实其实是同一个粒子，现在称为K+介子)具有不同的宇称量子数和不同的衰变产物，李政道和杨振宁提出在弱相互作用下，微观粒子的行为可能不具有宇称量子数守恒 。宇称守恒对应的对称性是“左”和“右”的对称性 。李政道和杨振宁推测，在微观世界中，“左”和“右”的物理规律并不完全相等 。

李宗道
这个推测在当时相当震撼，打破了几千年来被人类奉为金科玉律的观念 。次年，中国科学家吴健雄女士和其他科学家在对钴60(60Co)衰变的观察中证实了这一猜想 。她设计了一个实验，用两组装置中的钴60作为镜像 。一组装置中钴60的自旋方向转向左侧，而另一组装置中钴60的自旋方向转向右侧 。结果发现，在极低的温度下，两套装置发射出的电子数差别很大，这进一步证实了李政道和杨振宁的假说 。同年，李政道和杨振宁因这一划时代的假说获得了诺贝尔物理学奖 。

吴健雄
在弱相互作用下宇称对称性破缺被发现后不久，物理学家发现弱相互作用下电荷共轭的对称性被破缺 。这时，列夫·朗道、李政道和杨振宁认为两个量子数的组合，电荷宇称(C-P)，应该保持良好的对称性 。电荷宇称对称性守恒可以使粒子和反粒子遵循相同的物理定律 。

莱夫兰道
1964年，在含有奇异夸克的介子衰变中，科学家发现了另一个更加“奇怪”和难以接受的事实:电荷宇称组合的对称性似乎不守恒 。在电中性K介子的衰变中，Jim Cronin和Val Fitch发现，一些本应衰变为三个介子的长寿K介子已经衰变为两个介子 。电荷宇称对称性守恒不允许这种衰变方式 。克罗宁和惠誉的研究成果再次给理论界带来了巨大的冲击，也为他们带来了1980年的诺贝尔物理学奖 。

瓦尔菲奇(左)和詹姆斯·克罗宁(右)
为了解释电荷宇称对称性的破缺，1973年，日本科学家小林和市川敏英在意大利物理学家尼古拉卡·卡毕博的研究基础上，建立了卡毕博-小林-市川矩阵，给出了电荷宇称对称性破缺的必要条件，并在当时只发现3个夸克的情况下预言了6个夸克的存在 。之后分别于1977年和1995年在粒子加速器中发现了底夸克和顶夸克 。至此，夸克的六种“味道”全部被发现，夸克模型已经完整呈现 。未来，夸克模型将成为标准模型的基石之一 。


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