自然科學論文選讀
尋找宇宙中的基本粒子
如何尋找宇宙中最基本的粒子呢？現在我用四個故事向大家介紹一下，這些故事是我在過去的三十年里所親身經歷的�！ �
第一個故事是測量電子的半徑。現代電磁學的理論認為電子的半徑為零。在1964年的時候，美國的麻省理工學院和哈佛大學制造了一個當時最大的加速器，這個加速器周長為1000英尺。當電子在加速器中旋轉時就產生光子，光子具有60億的光子能量，因為光子能量很高，所以可打入電子。當時來自哈佛大學和康乃爾大學的世界上很有名的專家，在這個加速器里做一個很重要的實驗，實驗結果同時證明量子電動力學是錯誤的，電子是有半徑的。這是一個非常重要的實驗。1966年，我在德國用不同的方法重新做了這個實驗，結果發現電子的半徑確實小到不可測量，電子是沒有半徑的，這是實驗的結果和理論的預測等于1，等于1即是說電子的半徑等于零，也就是說以前許多專家所做的實驗結果是錯誤的。所以我第一個體會是不要盲從專家的結論�！ �
第二個故事是關于新粒子加速的發現。到了七十年代，所有已經知道的基本粒子都可歸結為由三種夸克組成，所有的現象都可以用三種夸克來解釋。我就問為什么宇宙中只有三種夸克？為了尋找新粒子，我決定建造一個高靈敏度的探測器。當時我決定將新夸克和舊夸克的靈敏度達到一百億分之一。何為一百億分之一呢？上海下雨的時候，大概每秒鐘有一百億個雨滴，其中有一個是藍的，要把它找到。但這個實驗不受物理界的歡迎。第一，當時的所有物理現象都可以用三種夸克來解釋，所以人們不需要第四種夸克；第二，沒有人相信這種困難的實驗可以做成。因此這個實驗幾乎被天下所有的加速器拒絕了。后來，終于在美國的布爾凱文國家實驗室用ajs做了這個實驗。我們發現了一種很新的粒子，完全想像不到的一種粒子。這是正電子負電子質量到達3.1的時候，突然就產生一個很高的峰，根據以前所有的理論，這個峰是不應該存在的，找到這種j粒子以后，很快和這種j粒子同樣一種加速的粒子就存在了。這是j粒子，j粒子有一個加速，這個加速和正負電子加速的性質是一樣的。所以當我們完成了布爾凱文（地名）國家實驗室的實驗以后，我們發現了一種全新的夸克，這種夸克有很特別的性質，第一它們質量比其它所有粒子重三倍；第二，它的壽命比其它所有粒子長1000倍，這意味著什么呢？大家都知道，所有的人在世界上活到100歲左右，但你突然發現一個村子里的人能活到10000歲，這就表示這些人可能有很特別的性質，這種長的壽命可能由新的夸克組成。所以，以前的人認為只有三種夸克的看法是錯誤的，當然，有了這第四種夸克，你就可以問有沒有第五種、第六種——至今為止，已發現了六種。因此我的第二個體會是永遠要對自己有信心，做你自己以為正確的事，別人反對是別人的事�！ �
第三個故事是關于1979年膠子的發現。大家都知道在原子里有電子和原子核，電子和原子核之間的力由光子傳送。在質子里有不同的夸克，夸克之間的力在理論上來說是由膠子傳送。那時我們正在德國用正電子負電子對撞接力做一個量子電動力學的實驗，在做這個實驗的時候，突然想到假設用正電子負電子對撞這種理論是對的話，則可以產生夸克、反夸克和膠子，這樣的話就會出現三個噴柱的現象。果然當正負電子對撞的時候，當膠子能量很小的時候，只有兩個峰；當膠子的能量增大的時候，就會出現三個噴柱現象。三個噴柱現象的存在就表示膠子是存在的。當年，美國物理學會對這個事例作了詳細介紹。雖然最初這套實驗儀器并非為這個實驗而設計的，但卻獲得了意外的結果。所以第三個體會就是對意料之外的事情要有充分的準備�！ �