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發現「J 粒子」──丁肇中生日|科學史上的今天:1/27

1974 年秋,丁肇中領導的小組用同步加速器撞出的電子─正子對數據確有蹊蹺。現有已知的粒子都不可能在 31 億電子伏特處有這樣的衰變表現,他們很可能發現了一個新粒子。

丁肇中博士。圖片來源:NASA

在那高能物理才剛蓬勃興起的年代,許多新粒子紛紛被撞了出來,以至於物理學家都要自我調侃成了「粒子動物園」了。不過,丁肇中所發現的這個新粒子別有意義:它可以證明第四種夸克(魅夸克,Charm quark)的存在──因為這個粒子恰恰是由一個魅夸克與一個反魅夸克所組成。

在此之前,絕大部分的粒子用三種夸克(上、下、奇)就能解釋,而且大部分科學家都還把它當成是數學上的理論,而非真實的存在,在這樣的氛圍下,要宣稱自己發現第四種夸克,豈能不慎乎?!尤其丁肇中八年前才在重作測量電子大小的實驗後,打臉做過此實驗的科學家,他可不想有同樣的遭遇。因此他按捺住小組成員的興奮急切之情,要他們全面檢查、再三驗證一切無誤後,才終於決定公開實驗結果。

11 月 11 日,他召開記者會宣布發現「J 粒子」。不料,由里克特(Burton Richter)領導的另一個團隊也在這一天宣布發現同樣的粒子,他們命名為「ψ」。兩組獨立團隊在同一天公布同樣的發現,這在過去的歷史實在絕無僅有,因此被稱為「十一月革命」。而兩組人馬倒是都謙讓地不願爭取名次與命名權,反而改用對方的命名稱呼這個新粒子,於是這個粒子至今仍被稱為「J/ψ 介子」,是唯一擁有兩個字母的基本粒子。丁肇中與里克特也於 1976 年共同獲得諾貝爾物理獎。

1979 年,丁肇中又帶領三百名物理學家組成的國際團隊發現將夸克結合在一起的膠子,再一次鞏固了粒子物理的標準模型。目前丁肇中的研究不是用粒子加速器,而是安裝於太空站上的阿爾法磁譜儀(Alpha Magnetic Spectrometer),除了從宇宙射線中偵測反物質的比例,也希望證明暗物質的一個理論模型是否正確。

以往丁肇中在描述尋找 J 粒子的困難時,曾如此形容:

「在一個城市中下起傾盆大雨,每秒鐘有一百億個雨滴落下,試圖從中找出一顆與眾不同的雨滴。」

如今宇宙射線的困難度應該有過之而無不及,且讓我們祝他有美好的結果。(截至 2014 年 9 月,所蒐集到數據似乎是正面的)

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

 

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關於作者

張瑞棋

1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。自小喜愛科學新知,浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,更成為重度閱讀者。當了中年大叔才成為泛科學專欄作者,著有《科學史上的今天》一書,如今又因翻譯《解事者》,而多了個譯者的身分。