2017年8月8日 星期二

「是誰訂了這個?」

有一天晚上,你帶著疲憊飢餓的身心走路回家,開門後突然看見桌上有美食佳餚,吃了以後覺得風味殊勝,你驚訝地說:「是誰訂了這個?」,這時候有人大叫:「驚喜!」,原來是你的妻子兒女為你準備了生日美食。

「人是何等巧妙的一件天工!理性何等高貴!智能何等廣大!形容與舉止何等明確和美妙!行動是多麼像天使!悟性是多麼像神明!」(莎士比亞:「哈姆雷特」)。人體和所有物質的構成基礎是原子(原子核和電子),原子核是由質子和中子形成。

但是自從電子、質子和中子被發現以後,人們就急著想要知道是否有更基本的粒子,他們觀察宇宙射線並運用粒子加速器進行粒子對撞實驗,在 1964 年以前就發現了數百種令人眼花撩亂的「基本粒子」,當時被戲稱為「粒子動物園」。後來默里·蓋爾曼和喬治·茨威格提出了夸克理論(1969 年諾貝爾物理學獎),發現其實這一些並非「基本粒子」,而是數個夸克所形成的「強子」。蓋爾曼用「八重道(暗喻佛教的「八正道《正見、正思惟、正語、正業、正命、正精進、正念、正定》)」來解釋「味對稱」並預測「夸克」的存在(「夸克」是海鷗的叫聲)。

蓋爾曼(「會走路的百科全書」)和理察.費曼(1965 年諾貝爾物理學獎得主)同樣在加州理工學院教書,理察.費曼的個性幽默生動(「別鬧了,費曼先生!」描述他說:「讓我來玩玩物理遊戲,什麼時候想玩就什麼時候玩,不再擔心這樣做有什麼意義」),深受學生歡迎。蓋爾曼和費曼都是好勝心強的人,二人經常為攀比誰是加州理工學院最聰明的人而爭執不休。蓋爾曼說:「(理論學家)用紙、筆和廢紙簍作為研究工具,其中最重要的就是廢紙簍」、「科學家的好奇心永遠無法被滿足,而我們的工作就是一場令人愉悅的遊戲」。

夸克有 6 種「風味」:上夸克、下夸克、魅夸克(跟布約肯一起提出魅夸克的格拉肖說它們「為亞原子世界帶來了對稱,我們被這種美迷住了」)、奇夸克(在宇宙射線的「奇異粒子」中被發現)、頂夸克(最重的夸克,沒有任何朋友,永遠不與其他夸克結合)、底夸克。夸克不會單獨存在(「夸克禁閉」),因為幾個夸克會結合成強子:重子(例如:質子、中子,質子由二個上夸克和一個下夸克形成,中子由一個上夸克和二個下夸克形成)、介子(由一個夸克和一個反夸克組成;湯川秀樹因為預測介子的存在而獲得了 1949 年諾貝爾物理學獎)。

夸克屬於費米子,其他的費米子包括輕子。輕子也有 6 種「風味」:電子、電微中子、緲子、緲微中子、陶子、陶微中子。緲子是人類發現的第一種在不存在於原子內部的基本粒子,當美國的伊西多·拉比(因發現核磁共振而獲得 1944 年的諾貝爾物理學獎)聽見 1936 年新發現的(沒有人預測到的)緲子時驚訝地說:「是誰訂了這個?」。

「標準模型」的基本粒子包括費米子和玻色子。玻色子包括:光子、膠子、W 玻色子、Z 玻色子、希格斯子、引力子(尚未被發現)。歐洲核子研究組織的「大型強子對撞機」(被隱藏於總長約 27 公里的環形隧道中)於 2013 年發現了希格斯子。希格斯子曾經被稱為「上帝粒子」,因為它賦予夸克和電子質量,如果沒有它,那麼電子和原子核中的質子和中子就會以光速逃離原子(相對論:沒有質量的物質會以光速運動),亦即宇宙中就會空無一物(沒有任何物質存在)了。

是「上帝粒子」創造了美麗和奇異的萬物,但是「是誰訂了這個」具有不同風味的費米子?

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