第十一章 馬斯特・馬克的夸克(2)

超級對撞機化為泡影以後，粒子物理學家們的眼界放低了點。但是，即使是比較一般的項目的成本也可能相當驚人，要是與，哎呀，幾乎任何項目相比的話。有人建議在南達科他州萊德的一座廢礦--霍姆斯特克礦--建個中微子觀察站，其成本就高達5億美元，還不算每年的運轉費用。而且，還要花億美元的"一般改建費"。與此同時，伊利諾伊州費爾米萊布的一個粒子加速器僅更新材料就要花費億美元。總之，粒子物理學是個花錢很多的事業--但又是個收穫巨大的事業。今天，粒子的數量已經大大超過150種，還有100種左右被懷疑存在。但不幸的是，用理查德·費曼的話來說："很難搞清所有這些粒子的關係，大自然要它們幹什麼，彼此有什麼聯繫。"每打開一個盒子的時候，我們總是發現裡面還有一個緊閉的盒子。有的人認為存在超光速粒子，其運動速度超過光速。有的渴望找到引力子--引力的根子。我們刨根問底兒已經刨到什麼程度，現在還很難說。卡爾·薩根在《宇宙》一書中說，要是你鑽進一個電子深處，你會發現它本身就是一個宇宙，使你回想起20世紀50年代的那些科幻故事。"裡面，大量小得多的別的粒子組成了相當於當地的星系和較小的結構，它們本身就是下一層次的宇宙，如此永遠下去--一個逐步往裡推進的過程，宇宙中的宇宙，永無盡頭--往上也是一個樣。"對於我們大多數人來說，這是個不可想像的世界。如今，即使看一本有關粒子物理學的初級指南，你也必須克服語言方面的重重障礙，比如："帶電的π介子和反π介子分別衰變成一個μ介子加上反中微子和一個反μ介子加上中微子，平均壽命為03×10－8秒；中性π介子衰變成2個光子，平均壽命大約為×10－16秒；μ介子和反μ介子分別衰變成......"如此等等--而且，這段話還是從（通常）文筆淺顯的作家斯蒂芬·溫伯格為普通讀者寫的一本書里引來的。20世紀60年代，加州理工學院物理學家默里·蓋爾曼試圖把事情簡化一下，發明了一種新的粒子分類法，用斯蒂芬·溫伯格的話來說，實際上"在一定程度上使大量的強子重新變得一目了然"--強子是個集體名詞，物理學家用來指受強核力支配的質子、中子和其他粒子．蓋爾曼的理論認為，所有強子都是由更小的，甚至更基本的粒子組成的。他的同事理查德·費曼想跟多利那樣把這些新的基本粒子叫做部分子，但是沒有獲得通過。它們最後被稱做夸克。蓋爾曼從小說《芬內根的覺醒》的一句話中取了這個名字："給馬斯特·馬克來三夸克(quarks)！"（敏銳的物理學家把storks或larks作為該詞的韻腳，儘管喬伊斯腦子裡想的幾乎顯然是後者的發音。1）夸克的這種基本的簡潔性並沒有持續很久。隨著人們對夸克的進一步了解，需要更細的分類。儘管夸克太小，不可能有顏色、味道或任何別的可以識別的化學特性，它們還是被分成六類--上、下、奇、粲、頂和底，物理學家們奇怪地把這些統稱為它們的"味"；它們又進一步被分成紅、綠和藍三種顏色。（人們懷疑，這些名稱原先在迷幻藥時代在加利福尼亞州使用過。這不完全是一種巧合。）最後，出現了所謂的標準模型。對亞原子世界來說，它實際上是一個元件箱。標準模型的組成成分是：6種夸克、6種輕子、5種已知的玻色子和1種假設的玻色子(即希格斯玻色子，以蘇格蘭科學家彼得·希格斯的名字命名），加上4種物理力中的3種：強核力、弱核力和電磁力。這種安排其實說明，在物質的基本材料中有夸克；夸克由名叫膠子的粒子黏合在一起；夸克和膠子一起形成了原子核的材料，即質子和中子。輕子是電子和中微子的來源。夸克和輕子統稱為費密子。玻色子（以印度物理學家玻色的名字命名）是產生和攜帶力的粒子，包括光子和膠子。希格斯玻色子也許存在，也許不存在；這完全是為了賦予粒子質量而發明出來的。你看得出，這個模型真是有點兒笨拙，但這是可以用來解釋粒子世界全部情況的最簡單的模式。大多數粒子物理學家覺得，正如利昂·萊德曼在1985年的一部電視片里說的，標準模型不大優美，不大簡明。"它過於複雜，有許多過於武斷的參數。"萊德曼說，"我們其實不明白，為了創造我們都知道的宇宙，造物主幹嗎要轉動20個門把來設定20條參數。"實際上，物理學的任務是探索最終的簡潔性，而迄今為止的一切都亂成了美麗的一團--或者就像萊德曼說的："我們深深地感到，這幅圖畫並不美麗。"標準模型不但很笨拙，而且不完整。一方面，它根本沒有談到引力。找遍整個標準模型，你找不出任何解釋，為什麼放在桌上的帽子不會飛上天花板。為了賦予粒子以質量，你不得不引入假設的希格斯玻色子，它是否真的存在，要靠21世紀的物理學來解決。正如費曼所由衷地認為的那樣："因此，我們對這個理論處於進退兩難的境地，不知道它是對的還是錯的，但我們確實知道它是有點兒錯的，或者至少是不完整的。"物理學家試圖把什麼都扯到一起，結果想出來一種所謂的超弦理論。這種理論假設，以前我們認為是粒子的夸克和輕子，實際上都是"弦"--振動的能弦，它們在11維中擺動，包括我們已知的3個，維度再加上時間，以及7個別的維度，它們，哎呀，我們現在還無法知道。這種弦非常微小--小得可以被看成是點粒子。