微觀粒子發現史之十：誤打誤撞一夜成名的印度人

說了這麼多了，咱們來數一下總共有多少粒子了吧，只說最基本的不可再分的。

先說第一代吧，分別是電子、電子中微子、上夸克、下夸克和它們的反粒子，第一代都是構成我們日常所見的普通物質的，比如質子中子原子，第二代呢，μ子、μ子中微子，奇夸克和粲夸克和它們的反粒子，第二代只能在宇宙射線或者高能實驗中出現，比如各種介子。

看出點門道沒？

不算中微子的話，第一代和第二代除了質量有差別以外，其餘性質都幾乎完全相同，這也是格拉肖認為一定存在粲夸克的道理，因為要是沒有粲夸克的話第二代粒子就不能和第一代粒子對應了。

為什麼格拉肖會這麼確定有這種對應關係呢？因為他懂得一種理論，這種理論後來被稱為標準模型，標準模型是在著名的偉大的楊振寧先生的楊米爾斯方程基礎上發展起來的，是不是覺得楊先生現在才出現有點晚呀，其實楊先生早在宇稱不守恆時就出現了，為了行文方便才留在現在出場，還有蓋爾曼的八重態法也和楊米爾斯方程有關。

返回來繼續說粒子之間的關係，剛才對粒子的分類中有沒有發覺缺少了一個，對的，沒有說光子，為什麼沒有包括光子呢？因為光子和它們都不一樣，上面所說的所有粒子都遵循泡利的泡利不相容原理，光子卻不是，物理學家把遵守泡利不相容原理的粒子叫做費米子，不遵循的稱作玻色子。

要是泡利聽說還有微觀粒子不遵循他的聖旨，一定會火冒三丈，拿起鞭子來一頓亂抽，可是這次泡利要慎重考慮一下了，因為玻色背後站著的大佬是愛因斯坦。

玻色是印度人，同樣作為東方文明古國，印度和我們一樣對現代科學的貢獻少的可憐，不過我們後來有了楊振寧先生這位足以和牛頓愛因斯坦麥克斯韋並稱的大神，比起印度來還是強多了，在玻色之前，印度只有拉曼可以拿出手，拉曼也是亞洲第一位獲得諾貝爾獎的科學家，後來還有錢德拉塞卡，玻色則處於他們中間。

別人都是好好學習，認真讀書，然後一舉成名，玻色卻是不走尋常路，他是靠錯誤起家，靠關係成為教授。

象泡利海森堡德布羅意狄拉克人家都是20多歲時都做出一生中最大貢獻了，玻色都30歲了，還在大學裡當講師混日子，為什麼不混個教授啊，因為他沒有博士學位，混日子就混日子吧，他還不好好混。

1924年的一天，他在課堂上講光電效應，一時興起，準備秀一把，就開始打算重新推導一遍普朗克定律，結果原理引用錯了，而且錯誤極其低級，基本就相當於1+1=2，他卻說等於3，可是沒想到的是結果居然對了。

這肯定是出來問題，要是一般人也就承認錯誤了，可玻色不是一般人，他覺得自己沒錯，還寫了一篇論文投了出去，當然別拒稿了，誰會相信連1+1=2都不知道的人的胡說呀，可玻色不死心，他居然把論文寄給了愛因斯坦，要知道那可是1924年，愛因斯坦廣義相對論都得到驗證了，正是愛因斯坦如日中天的時候，都幾乎成神了，玻色就是這麼不走尋常路，這就和當年好多中學水平的人告訴陳景潤證明了哥德巴赫猜想一樣，其實差距更大，可是沒想到的是，愛因斯坦居然同意了他的觀點，還寫了一篇文章支持玻色，並且要求《德國物理學刊》兩篇論文一起發表，有了愛因斯坦背書，全世界頓時承認了玻色的成就。

得到愛因斯坦支持後，玻色一夜成名，學校也放他到歐洲遊學兩年，是真正的遊學呀，就跟方鴻漸的遊學差不多，反正也沒有什麼科研任務，當然了也沒有什麼成果，不過回國後玻色還是破格提拔為了教授，因為他帶回來了一封愛因斯坦的推薦信，愛因斯坦愛寫推薦信是出了名的，後來愛因斯坦在美國時，每個到美國的猶太人都會找愛神寫一封，以至於後來愛神的推薦信大大貶值，基本上就是廢紙一張，不過當時愛神的推薦信還沒有那麼貶值，何況又是在印度，玻色就這樣沒有博士學位當上了教授。

看起來玻色好像是撞了大運，其實並不是。玻色也是一個聰明人，傳說玻爾講課的時候，遇到了一個難點，玻爾問道玻色教授能不能幫個忙，眾人都報以微笑，因為玻色一直在閉目眼神，人們都以為玻爾要出他的洋相，沒想到，玻色走上講臺，三下五除二就解決了問題，然後回到座位上繼續閉目養神。

玻色的論文說的就是玻色—愛因斯坦統計，愛因斯坦居然還會排在別人後面，真是活久見，而且也就這一回，當然不是愛因斯坦掛了個名，那簡直就是不但侮辱了愛神的智商，還侮辱了愛神的人格，在這項工作上，愛神也做了非常多的工作，不過到底是玻色先提出來的，因此玻色排前面就排前面吧，愛神又不缺成果。

符合玻色愛因斯坦統計的粒子就是玻色子，玻色子自旋為1，在同一個能級上能容納無數多個粒子，這就不符合泡利不相容原理了，泡利說的粒子都是自旋1/2的，而且同一個能級上不允許有兩個完全狀態相同的粒子，當時知道的玻色子只有一個就是光子。

再來看一下光子有什麼作用吧，首先光子不能構成物質，從來就沒有聽說過什麼東西是光組成的，再看看什麼時候有光，正反物質湮滅時有光，電子躍遷時有光，這就對了，光就是用來傳遞電磁力的。

這就好辦了，看來粒子分為兩種，一種叫費米子，符合費米-狄拉克統計，是構成物質的，一種叫玻色子，符合玻色-愛因斯坦統計，是傳遞力的，費米-狄拉克統計和玻色-愛因斯坦統計在宏觀下的近似就是麥克斯韋-玻爾茲曼統計，之所以之前出現紫外災難什麼的都是由於物理學家使用的是麥克斯韋-玻爾茲曼統計，而玻色犯了一個錯誤，對麥克斯韋-玻爾茲曼的引用錯了，而是考慮了海森堡的測不準原理，所以就直接推導出來了愛因斯坦的光量子假說，他的推導其實使用的就是玻色-愛因斯坦統計，這下說清楚了吧。

既然光子是傳遞電磁力的，不是有四種力嗎？除了電磁力還有弱相互作用、強相互作用和引力，它們是不是也有傳遞力的粒子呢？

傳遞強相互作用的就是膠子，這個名字取得終於有點象人話了，膠子就象是膠水一樣把夸克粘在了一起，膠子和夸克一樣具有色荷，也就具有了色場，膠子形成的色場跟一根弦一樣，夸克要想跑出去玩，必須打破膠子的束縛，這就要象拉伸一根彈簧一樣拉伸，這根弦越長需要的力也就越大，這就是我們前面《微觀粒子發現史之八：夸克君臨，天下震動》中說的&34;，這也形成了夸克禁閉，要是能量非常非常大呢，自然就把弦拉斷了，不過這個能量已經大到了從真空中激發出一對正反夸克，激發出來的反夸克和飛出來的夸克組成一個介子，激發出來的正夸克則迅速補上了原來夸克的位置，這也是為什麼一直發現不了單獨夸克的原因。

這些都還是理論設想，嚴格來說還只是假說，要想讓假說成為現實，必須要有實驗驗證，1978年，德國科學家宣布發現了三噴注現象，這表明確實有膠子存在。

先簡單說一下什麼是噴注現象。

噴注就是在高能碰撞和衰變過程中產生的呈噴射狀的粒子團。高能粒子碰撞時可產生大量粒子，要是新產生的一些粒子在空間某一方向附近以一定動量範圍的動量射出，則這些粒子稱為一個噴注。

在高能電子和正電子碰撞產生大量強子的實驗中，一般表現為雙噴注，這就是產生了一對夸克和反夸克，由於夸克禁閉，產生的夸克不能單獨飛出就演化成了兩個強子，這就是雙噴注。要是產生了一對正反夸克和一個膠子呢，同樣由於色禁閉，它們也不能單獨飛出，就形成了三個強子飛出，這就是三噴注。

由於發現了三噴注，證明了膠子確實存在。

不過發現一個問題沒有，這個三噴注現象居然是德國人發現的，這回怎麼不是美國人了呢？

咱們在前面說過，現代物理學發展都成了一個燒錢的遊戲了，科學家們也都成了一堆&34;的奇人，由於二戰後，美國人財大氣粗有錢建造各種加速器對撞機，所以美國人一直站在了世界之巔，不過歐洲也並不開心，不管怎麼說，美國人也都是歐洲發配去的罪犯貧民的後代，看著這些&34;天天耀武揚威，貴族們有點不開心。

不開心又能怎麼樣，當然是迎頭趕上，於是歐洲就開始砸錢造各種加速器對撞機，這一造還真對了，弱相互作用的傳遞力的玻色子就讓他們找著了。

之所以傳遞弱相互作用力的玻色子難以找到，是由於需要的能量太高了，要達到90GeV，之前丁肇中博士發現J粒子也不過才用了3.1GeV，這一下子要提高30倍，不過該建還得建。

1976年，歐洲核子中性決定建設大型正負電子對撞機，這會把電子加速到接近光速，能量會達到45GeV，這還是不夠呀，才一半了，不是對撞機呀，那邊還有一半呢，兩個一撞就有90GeV了。

不過這個計劃建設周期有點太長了，差不多得十幾年，這可讓物理學家們不爽，要知道晚一天就有可能失去一個諾貝爾獎，何況十幾年呢，物理學家們決定不再&34;了，還是自己動手吧。

範德梅爾提出了隨機冷卻技術來提高能量，簡單說一下吧，其實我們說的能量都是一大堆粒子的平均能量，並不是每個粒子都具有相同能量，肯定有一部分粒子和平均能量偏差比較大，那麼就把這些能量偏差比較大的粒子再次加速不就完了，這樣粒子束的平均能量也就上升了，把這個過程重複無數次呢，粒子束的平均能量也就足夠高了，這個設想是不是有點熟悉呀，對的，這就是當年麥克斯韋提出的麥克斯韋妖。

既然有辦法了，那就做吧。

1983年，歐洲核子中心發現了±W粒子和Z0粒子，兩種粒子的質量分布是81GeV和93GeV，和理論預測基本相符，同時這一結果也獲得了諾貝爾獎。

還有引力呢？有沒有傳輸引力的引力子呢？這還真是個大問題，因為標準模型並沒有說過這個問題，那麼標準模型到底說什麼了呢？