长期标志着这两个领域的分类时期已经告终。今日我们已生活在夸克和液滴的时代。
当《研究》杂志出版一百期之际,该杂志要求新老读者共同来总结一下,毫无疑问,总结过去没有展望未来那样愉快。在科研与动力学方面有过许多教训。许多作者在展望前景上遭到了嘲弄,其中包括庞卡莱(Henri Poincaré),他在十九世纪末提出:除了在黑体辐射方面还有些困难外,物理学已经完成了。然而这些困难就是现代物理学——量子力学的关键。
不想再继续作类比,本世纪初在基础物理方面的革命是十年来在核物理和粒子物理中发生演变的惊人模写。对以上所有情况,紧张的分类活动已告结束,产生了一些新概念。
本世纪初,光谱学取得了胜利,谁没有在发现宫的墙上见过铁的5000条谱线呢?在1970年,杂志上充塞着论述核谱曲文章,用在核内作用于质子与中子间的力来说明某些核谱的结构。同时,《Rosenfeld表》以几十页的篇幅列举了成百颗稳定或不稳定的“基本”粒子的性质,并且在质和量两方面都经常有所进展:粒子谱进行得很好。
以后的阶段本身构成了一场革命,在以上所有情况中,这个阶段是事先由在沙漠中空喊的预言家所宣布的。常常是理论工作者提出一些不为人重视的新概念,只在专家们的争论中,为摆脱困境,才加以引用:如黑体辐射的普朗克关系(E=hv);原子核中的“交换电流”(和在核中代表核子 - 核子力的介子电荷有关的电流);作为基本粒子的组成单元的三个夸克。
等待着加尼尔(Ganil)加速器
还是在1905年,爱因斯坦用普朗克方程,解释了光电效应,开始了量子革命,并为N. Bohr奠定了基础,以发展主要是由氢光谱出发的整个量子物理学。同样过去的十年中,核物理在概念和实验上都有相当可观的发展:愈来愈多地把核考虑为一滴物质,物质的本身性质在很大程度上依存于保证粘合物质的π介子云;最近几年来,在萨克雷(Saclay)的电子直线加速器、土星二型加速器以及洛斯 · 阿拉莫斯的“π介子工厂”上所做的实验,都是为了发现与研究在核物质内π介子的相互作用。
加尼尔加速器将建造在卡昂,它能使两颗重核以适当的能量碰撞。在等待着这台加速器建成时,已经在伯克莱和西欧原子核研究中心研究大变形或很“热”的状态以及在两颗核碰撞时彼此交换物质。
现在已得到原子核在碎裂前的各种变形与导电性、导热性、粘滞性方面的结果,为加尼尔计划进行了准备。这台加速器也许能答复70年代中许多未能解决的问题,例如是否存在比已知的核重得多的人工核(质量数超过300),以及是否存在密度反常的核物质状态。
夸克,还是夸克……
在粒子物理中,没有发现过自由状态的夸克,但在我们的思想方式中却比任何时候都出现得多。实际上,有才华的理论工作者已构思出一个方案,其中就像难以想象一个磁极怎能没有极性相反的磁极同时存在一样,夸克也从来没有单独存在过。但这丝毫不妨碍在很小的尺度上把夸克考虑为自由粒子,可以假定当最后反应基本结束时,为使夸克重新结合在一起,有一个力距长而不太重要的力,是这个力妨碍观察到单独的夸克。
此外,夸克理论还有极重要的进展,它预见到熟知的电磁力与β衰变有关的弱作用统一起来。结果是首先引入第四个夸克——粲夸克,粲夸克和其他夸克一样,不能单独地观察到,但是发现了D粒子,它的相对稳定性和电荷只能用其中含有一个粲夸克来加以解释。同样,还发现了一族ψ粒子,是由一个粲夸克及其反夸克组成的。
最近发现了γ粒子,根据性质和ψ粒子类似,似乎又是一个新的夸克及其反夸克组成的状态。此外,随着最近发现了τ粒子,轻子(和原子核没有强作用的粒子,如电子和μ粒子)的数目也开始增加。
面对着这几个夸克和轻子,我们得到的究竟是物质的最终构成单元,还是在今后十年中证明这仅仅是新的谱系中最初的几个元素?
[La Recherche1979年5月10卷100期513~514页]
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*法国公学教授。