粒子物理學界 中國擁抱帝國夢
2006/12/18
毛澤東曾夢想裂解電子。 這不是窮極無聊的消遣。根據建構馬克思主義哲學基礎的自然辯證法,整個宇宙從上到下充斥著張力和變化。所以毛澤東認為,自然界應該可以無止境地裂解。 毛澤東一有機會就愛和物理學家說天道地,他曾引述莊子的話說:「一尺之棰,日取其半,萬世不竭。這是自然的道理。不信你試看看。這事如果有盡頭,就沒有科學了。」 受這個思想啟發,中國物理學家在1960年代發明「層子模型」粒子理論,認為質子和電子有共通的成分。諾貝爾獎得主、目前在波士頓大學執教的物理學家謝爾頓‧葛拉修一度認為,如果找得到這種粒子,應該取名「毛子」。 1966年毛澤東發動文化大革命,大學和學術期刊被迫關閉,中國的物理學研究倒退一個世代。此期間,夸克搶先取代毛子成為質子的組成元素。直至今天,電子仍未分裂。 不過,毛澤東對粒子物理學的熱中還是留下一點遺澤。 在盤踞北京一整個街區的建築聚落裡,有一條直徑73公尺的地底管道。打從1989年起,中國物理學家就悄悄在這裡以近光速射出電子和它們的反粒子「正電子」,讓它們撞出高能的小火球。 對名氣更響亮,規模更宏偉,占據粒子物理學前鋒的加速撞擊機,如芝加哥市郊費米國家加速器實驗室的「正負質子對撞機」,及預定明年啟用的日內瓦歐洲粒子物理研究所的大強子對撞器,北京撞擊器產生的結果意義重大。 北京這部撞擊器目前停機從事升級改裝,明年秋天將重新啟用。屆時,以其比從前大100倍的能力,物理學家可以調查被稱為「魅」的量子特性,解開某些一直圍繞夸克的疑團。 2010年結束時,全球物理學家的注意力和經費將轉移到歐洲粒子物理研究所的新對撞器上,加州門羅帕克市的史丹福直線加速器中心和費米實驗室料將關閉。屆時,北京的撞擊器將是全球少數仍在進行物理實驗的粒子加速器,所以中國物理學家已開始物色合作夥伴。 北京中國科學院高能物理研究所所長陳和生最近在對稱物理雜誌上寫道:「雖然合作規模迄今仍不大,但中國有的是耀眼的物理學機會。」 更重要的是,中國粒子物理學家正處於即將對「國際直線撞擊器」做出重大貢獻的關鍵階段。此一擬議中的巨型加速器,是國際間歷來規模最大的一項合作計畫。全球物理學家公認它就是「未來的大傢伙」,只是到底會花多少錢,甚至要蓋在哪裡,現在都還沒個準。 歐洲粒子物理研究所此一嶄新的直線撞擊器,可望將國際研究帶到超越任何物理新定律的領域,甚至發現新的物質形式。 陳和生是這個國際撞擊器運作委員會的委員,他說:「中國對國際直線撞擊器當然很有興趣。」 北京撞擊器的能量範圍,每射粒子束從10到22億電子伏特不等,內含許多令人困惑的物理學,包括有點超胖、在自然界看來並無用途的電子「微中子」(tau),及所謂的J/psi粒子。這個由一對夸克組成,每個夸克都顯現「魅」量子特質的J/psi,1974年被發現時引爆一場革命,並獲頒諾貝爾獎。 經常在北京撞擊器工作的夏威夷大學物理學教授佛瑞德利克‧哈利斯說:「這個高能領域真是熱鬧。」中國研究員已能藉著撞擊粒子束能量的調整,非常準確測量出微中子的質量,並對J/psi和類似粒子進行深入研究。 在撞擊器的能量範圍方面,陳和生淡淡地說,「我們掌握主導地位。」 當歐洲粒子物理研究所的物理學家啟動能以7兆電子伏特能量擊撞擊質子的新大強子對撞器,尋找新粒子及物理新統一律的線索時,北京方面的數據對他們的分析將十分重要。 哈利斯說:「他們完全要靠中國在低能領域測得的結果。」 國際直線撞擊器落腳地點的爭奪戰也已經展開。哈利斯說:「以中國崛起的速率來看,這是他們可以考慮在10年內主辦的事。」 (蔡繼光譯) __ 關鍵字句 研讀本文,最好先對粒子物理(Particle Physics)有基本的了解。它是物理學的一支,研究組成自然界物質的基本粒子,可以分為夸克quarks、輕子(或稱微子)leptons、規範玻色子gauge bosons和希格斯粒子Higgs四大類。其中,quarks和leptons屬於費米子fermions;Gauge bosons和Higgs則屬於玻色子bosons。 傳統上的基本粒子指質子protons、中子neutron、電子electrons、光子photons和各種介子mesons,這是20世紀中期以前人類所能探測的最小粒子。現代物理學發現質子、中子、介子都是由更基本的夸克和膠子gluton構成。至於電子屬於次原子粒子sub-atomice particles中的輕子類。輕子被認為是構成物質的基本粒子之一,即其無法被分解為更小的粒子物質的基本構成單位。 毛澤東根據莊子的「一尺之棰,日取其半,萬世不竭」,推斷物質可以無限分割。這個推理基本上是不錯的,只是尚待國際直線加速器啟用後加以驗證。 文中指出, 相較於標準模型The Standard Model(即描述強力s t r o n g 、弱力w e a k 及電磁力electromagnetic這三種基本力及組成所有物質的基本粒子的理論),中國物理學家發明了層子模型straton model,指protons和electrons有共同的組成粒子。諾貝爾得主葛拉修認為這個粒子發蒙於毛澤東,故應稱為「毛子」(Maon)。可惜,中國因文革等內亂不斷,毛子不幸被夸克取代。 There is a lot going on in that energy region指高能物理領域內的競爭相當激烈,除北京(撞擊能力正在升級為100倍大)外,芝加哥方面有規模較北京大,名氣也較響亮的費米實驗室Fermilab,使用的是正負質子對撞機Tevatron;日內瓦方面有歐洲粒子物理研究所(CERN)的大強子對撞器(Large Hadron Collider)。目前,國際間更進一步規畫所謂的國際直線對撞機International Linear Collider,造價高達三兆九十四億元台幣,希望能找出希格斯玻色子,以解開21世紀物理學的重大問題。 This was no idle diversion即這不是窮極無聊的消遣。diversion有消遣、娛樂之意,與recreation可交替使用,如You need some diversion/recreation. idle為閒散,漫無目的,亦即純消遣的娛樂。(蔡繼光)
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