物理世界奇遇记15：参观原子粉碎机（上）

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1、物理世界奇遇记15：参观原子粉碎机（上）　　　　汤普金斯先生实在按捺不住他心中的兴奋：教授已经安排好他的一部分学生去参观一所世界上第一流的高能物理实验室。他们就要看到原子粉碎机了！　　　　几星期前，他们每人都得到实验室发给的一本小册子。汤普金斯先生已经认认真真地从头到尾读了一遍。他的头脑完全被弄糊涂了：关于夸克、胶子、奇异性、能量变物质和大统一理论的等等想法全搅和在一起，似乎能够解释一切事物，独独就是他搞不清楚。　　　　到达参观中心时，他们被带到一间候参室，没有等待多久，他们的导游就勿匆忙忙地赶来了。这是一位二十五六岁、眼睛明亮、看起来非常热情的女性，她对他们表示欢迎，并且自

2、我介绍说她是汉森博士，是实验室的一个研究小组的成员。汉森博士　　　　“在我们去看加速器以前，我想讲几句话，介绍一下我们这里所做的工作。”　　　　有个人犹犹豫豫地举起一只手。　　　　“怎么啦？”汉森博士问道，“你有问题要问吗？”　　　　“你刚才说‘加速器’物理世界奇遇记15：参观原子粉碎机（上）　　　　汤普金斯先生实在按捺不住他心中的兴奋：教授已经安排好他的一部分学生去参观一所世界上第一流的高能物理实验室。他们就要看到原子粉碎机了！　　　　几星期前，他们每人都得到实验室发给的一本小册子。汤普金斯先生已经认认真真地从头到尾读了一遍。他的头脑完全被弄糊涂了：关于夸克、胶子、奇异性、

3、能量变物质和大统一理论的等等想法全搅和在一起，似乎能够解释一切事物，独独就是他搞不清楚。　　　　到达参观中心时，他们被带到一间候参室，没有等待多久，他们的导游就勿匆忙忙地赶来了。这是一位二十五六岁、眼睛明亮、看起来非常热情的女性，她对他们表示欢迎，并且自我介绍说她是汉森博士，是实验室的一个研究小组的成员。汉森博士　　　　“在我们去看加速器以前，我想讲几句话，介绍一下我们这里所做的工作。”　　　　有个人犹犹豫豫地举起一只手。　　　　“怎么啦？”汉森博士问道，“你有问题要问吗？”　　　　“你刚才说‘加速器’。那么原子粉碎机呢？我们不能也去看看它吗？”　　　　导游稍稍露出一个怪相，

4、“这正是我就要谈到的，加速器就是报纸上把它叫做‘原子粉碎机’的那种机器。但是我们并不这样叫它。那是一种误导。尽管如此，你要是仅仅想粉碎一个原子，你就得把它的一些电子敲出来。这是很容易做到的事，——甚至就连粉碎原子核，也是比较容易的——至少同我们这里所做的事情相比是这样的。所以我们便把它叫做‘粒子加速器’。”　　　　“还有什么问题吗？请随便问好了……”她环顾了一下听众。看到没有什么反应，她就继续说下去。　　　　“那么，好的。我们的总目标是想认识物质的最小组成单元，并且了解究竟是什么东西把它们结合在一起的。毫无疑问，你们都知道物质是由分子组成的，分子由原子组成，而原子又由原子核和

5、电子组成。电子被看做是基本粒子，换句话说，它们不是由更基本的组成单元组成的。但是，原子核就不是这样了，原子核是由质子和中子组成的。我想，这是大家都已经知道的，对吗？”　　　　听众都点头表示同意。　　　　“那么，十分明显，下一个问题便是……”　　　　“质子和中子是由什么东西组成的？”有位女士提议说。　　　　“对极了。那么，你认为我们应该怎样去找出答案呢？”　　　　“把它们粉碎掉吗？”那位女士鼓起勇气说。　　　　“确实是这样，这似乎是一种正确的做法。我们过去先后发现了分子、原子和原子核的结构，靠的就是用‘子弹’很快地射到它们上面，把它们击碎的办法。正因为这样，我们一开始就试着再用

6、这种办法，把粒子——或者是质子，或者是电子——加速到很高的能量，然后让它们去撞击质子。我们希望用这种办法能把质子撞碎并分裂成它的几个组成部分。　　　　“那么，发生了什么事情呢？”她接着说，“质子被撞碎了吗？没有！不管子弹的能量有多高，质子都从来没有被撞碎过。但是，这时却发生了别的事情——一种十分奇怪的事情：碰撞的结果是产生了一些新的粒子——一些在开始时并不存在的粒子。　　　　“举例来说，让两个质子相碰撞时，你最后得到的可能是两个质子和另外一个粒子，这就是所谓的π介子。它的质量等于电子质量的倍，即e。我们把这个过程写成下面的式子……”　　　　汉森博士走到一个可以翻动的图板前，在

7、上面写下　　　　p+p—→p+p+π　　　　一位年纪较大的人立即举起他的手。　　　　“但是，这无疑是不能允许的，”他皱着眉头断言说，“我在中学里学物理已经是很久以前的事了，但是我还记得一点：物质是既不能产生，也不能消灭的。”　　　　“我想我得对你说，你在中学里学到的东西，有一种是错误的。”汉森博士这样说，她的话引起了一阵笑声。　　　　“得，我想，那并没有完全错，”她急忙又补充说，“我们不能够无中生有。这一点仍旧是对的。但是，我们可以用能量来产生物质。按照爱因斯坦的著名公式　　　　E=mc2　　这种可能性