—九八三年春,欧洲核子研究中心(CERN)运用超级质子同步加速器(SPS)发现了弱相互作用的场量子,即W、Z中间玻色子。其后使用了UA1和UA2巨型探测器探测到了上述的玻色子。迄今已对这种政色子进行了上百次的试验和详尽的评估。
玻色子何以如此备受重视?它究竟为何物?萨拉姆(A. Salam)、温伯格(S. Weinberg),格拉肖(S. L. Glashow)等理论物理学家因提出了弱电统一理论而荣膺1979年的诺贝尔物理学奖。电磁相互作用的原理是早在一个世纪前当麦克斯韦提出电磁场方程式后就为人们所熟知了。这拌电磁作用支配着所有的电磁特性。尤其是带负电的电子与带正电的原子核缔合为原子时,这种作用是不可或缺的。电磁的这种作用是经由一种静止质量为零的场量子,即光子来传递的。质量为零表征了电磁作用的范围是无穷的。
弱作用确定了大多数基本粒子的衰变特性,首先是熟为人知的中子的衰变特征。这种特性在粒子物理学中又称β衰变,其平均衰变周期自约10-13秒至数千年不等,譬如放射性碳14C。由弱作用的范围之短程可推知,一定有某种具有质量的量子在起作用。探寻这种粒子成为实验物理学家们孜孜以求的目标。
按弱电统一理论,质量约为100 GeV/C2的三色玻色子被推想为是所要找寻的场量子。要获取这种粒子,一般通常的加速器是不可胜任的。原因是在轰击固定于空间的靶粒子时,大部分轰击粒子的动能都转变为靶核动能,而不能作为内部受激能量。因此在固定靶质子时,需要有能加速到5000 GeV的加速器。由于这种能量的加速器在可预见的将来难以问世,卡洛 · 鲁比亚(Carlo Rubbia,1934年生于意大利)建议对现有的加速器进行改造。为此应研制一种环形加速器。这种加速器能预先确定质子的加速度,同时还能预先确定电荷相反且旋转方向相反的粒子的加速度。为此目的,同步加速器要和贮存环结合而成对碰机,这样位于预定的射束交叉区域内的旋转方向相反的粒子间的对心碰撞就可形成。就在美国的费米买 · 验室认为这种加速器是不可能问世的时候,欧洲核子研究中心的专家已经决定着手研制它了。
带负电荷的粒子——反质子,即是质子的反粒子(此项成果获1959年诺贝尔物理奖)。用能量甚的质子和重原子核(如铜原子核)碰撞,可获得该粒子。最初为确定这种粒子的寿命,以便加以积蓄而重新测定了钕粒子的平均衰变期,人们惊异地发现,这种粒子的衰变周期竟长达32个小时,这对于实验来说是绰绰有余了。接着面临的难题是如何将足量的反质子输入超级质子同步加速器里。在反质子的获取过程中,粒子会从铜靶核里向四下逃逸,只有少量的粒子形成射束。为增大粒子射束量,西蒙 · 范德梅尔(Simon Vander Meer,1925年生于荷兰海牙)提出“随机冷却法”。由此在垂直于预定轨道运行的电场的帮助下,反质子能急剧地导向运行轨道,这就使垂直于运行方向的粒子脉冲的分量渐次降低。运用这一方法,足量的粒子就可导向粒子射束,足以济碰撞过程之需了。
在射束交叉区安装了UA1和UA2型探测器(位于地下),其能量为270 GeV+270 GeV。1983年证实了中间玻色子;1584年又首次显示出迄今未获取的第6夸克——顶夸克。140位科学家参与了这些实验。没有这些科学家的通力合作,有关基本泪互作用的巨大成绩是难以取得的。
[Die Umschau 1984年12月7日]