奇才盖尔曼

自然界的奥秘是无穷尽的，大大超过了任何一个伟大科学家的想象力。在电子、质子之后，又接二连三出现了中微子、中子、正电子、介子……到了20世纪60年代，基本粒子的数目已经多达200种以上了！这时科学家不仅惊诧，而且多少有些惶惑了：难道自然界会这么复杂？于是，出于简单性的信念，又迫使物理学家再次做出选择：在这众多的“基本粒子”里，是否还有更“基本”的粒子，而所有“基本粒子”则由这些“更基本”的粒子组成？

1964年，一位美国的“物理学界的奇才”默里·盖尔曼（Murray Gell-Mann，1929— ，1969年获得诺贝尔物理学奖）提出了“夸克模型”（quark model），人类又一次谱写了物质结构的新篇章。

美国物理学家盖尔曼。1969年获得诺贝尔物理学奖。

盖尔曼在他写的《夸克和美洲豹》（The Quark and the Jaguar）一书里写道：

在很长一段时间里，人们认为粒子……除了电子以外，就只有组成原子核的质子和中子了。但是这种认识是错误的，中子和质子不是最基本的。物理学家们知道，以前人们认为基本的东西后来被证明是由更小的东西组成的。……现在我们又知道，中子和质子也有它们自己的组成部分：它们是夸克组成的。现在理论物理学家们确信夸克类似于电子。

盖尔曼于1929年9月15日出生于纽约州纽约市。他的双亲原来是奥地利人，第一次世界大战后才移居到美国。他的父亲阿瑟·盖尔曼（Arthur Gell-Mann）是犹太人，一位语言教师，同时又对数学、天文学和考古学颇有兴趣，并有相当造诣。正是受到父亲的爱好和职业的影响，盖尔曼从小兴趣广泛，对语言和数学更是情有独钟，从他撰写的《夸克和美洲豹》一书就可以看出来。盖尔曼虽说是一位理论物理学家，但他涉猎的学科之广，实在让人咋舌。在这本论述简单性和复杂性的书里，盖尔曼除了涉及物理学的最前沿以外，还论述了有关生物学、宇宙学、经济学、语言学、社会学、人类学、考古学、文学艺术等极为广泛的领域，而且讨论得都相当深入。这使人们不能不钦佩他学识的渊博，而他本人也为此得意扬扬。对自己的语言学知识，他更是喜欢到处吹嘘，有一次他甚至对杨振宁说：“我汉语的读音比你还准！”杨振宁听了只好耸耸肩不置一词。

1944年他考进了美国名牌大学耶鲁大学。入学那天，恰好是他15岁的生日。由于年龄太小，他对于大学的一切都感到惶惑和不能适应。例如，选择什么专业，他无所适从。父亲想让他学习工程技术，将来好有一个收入高的职业，但盖尔曼不愿意学工程。在不过分违背父意的情况下，他选择了与工程技术靠近的物理专业。

1951年，盖尔曼获得博士学位。此后，他到普林斯顿高级研究院工作了一段时间，1952年转到芝加哥大学费米研究所工作，直接在费米指导下进行核物理方面的研究。

1953年他提出了“奇异量子数”（strangeness quantum number）的概念，一举成为物理学界的知名人物。这时盖尔曼只有24岁。1955年9月，盖尔曼因为慕名在加州理工学院任教的费曼，而加州理工学院也正想把他挖过来，因此高薪把他聘到加州理工学院任教授。他在这里一直工作到退休。

到了20世纪50年代，基本粒子越来越多，于是物理学家又开始像门捷列夫建立元素周期表那样，对众多的粒子进行分类。

在当时的物理学家看来，这简直荒唐得令人难以相信，因为从密立根确定电量的基本单位为e以后，半个世纪过去了，人们一直公认电子电荷e是自然界最小的电荷，无数实验也证实了这一点，现在却冒出了一个分数电荷，这怎么不叫人大吃一惊！

在夸克模型中，强子都是夸克组成的，但重子（baryon，如质子、中子）和介子的构造各不相同：介子由夸克和反夸克组成，重子则由3个夸克组成。例如：

虽然盖尔曼在那儿像古代巫师那样，对着神灯娓娓道来，而且说得似乎头头是道，但是，面对这些仅从规范对称的数学结构提出的“疯狂”概念，一些一向以“大胆放肆”闻名的物理学家们也惊诧得目瞪口呆。最严厉的反应来自盖尔曼的老师韦斯科夫。当盖尔曼在电话中告诉他有关自己刚提出的夸克模型的事情时，正在瑞士GERN工作的韦斯科夫说：

这是跨越大西洋的电话，很贵的，我们不要在电话里讨论这种无聊的事情。

韦斯科夫的话不啻给盖尔曼当头一盆凉水。这还算是好的，因为盖尔曼在此之前已经在理论物理界有颇大的知名度，别人怎么不相信夸克模型，也不敢把话说得过分。就是盖尔曼自己，也有一些犹豫：“单凭数学对称性显示的美，就能断言这是真实的吗？”

幸亏有几位实验物理学家，加上费曼后来的支持，盖尔曼有了极大的自信，这种无比的信心，给人们非常深刻的印象。

1969年，盖尔曼终于因为“对基本粒子的分类和它们的相互作用的发现和贡献”，获得诺贝尔物理学奖。

最后，我们把所知道的粒子做一个简单的小结。粒子分两大类：物质粒子——构成物质的主要成分；规范粒子——作用力的传递者，用表表示如下：

物质粒子

传递相互作用的粒子

夸克、轻子

希格斯粒子

光子、Z0、W±

胶子

资料链接：粒子的分类

粒子分成两大类：

（1）轻子（lepton）。顾名思义，这一类粒子一定很轻。这种理解不完全准确。开始人们认识到的4种轻子的确很轻，比起中子、质子这些“重子”和介子是轻得多。这4种轻子是电子（ē）、μ子（）、电子中微子（υe）以及μ子中微子（υμ），后来又发现了一种比质子还重两倍的“轻子”τ，人们只好称τ轻子为“重轻子”。这又重又轻，本身就极其矛盾、不合逻辑。科学中这类表示形式并不少见，因为历史的发展往往超越了科学家的想象力。后来，人们给轻子的定义是：“凡不参与强相互作用、并具有自旋的粒子，都称作轻子。”在这个定义里，轻重已经不是主要的特征。光子更轻，但因为它的自旋是1，所以成为独特的一类，而不能被归为轻子。

（2）强子（hadron）。除了轻子以外，与轻子相对的“重”粒子如质子、中子、∧粒子、∑粒子……称为“重子”；介于“轻”和“重”之间的粒子则叫介子。重子和介子都称为“强子”。之所以称为强子，是因为它们参与强相互作用。将原子核束缚在一起的力，就是强相互作用（力）。两个核子（如质子、中子）之间的强相互作用，是依靠彼此交换介子引起的，一个核子放出一个介子，另一个核子则吸收这个介子，这一放一吸就传递了强相互作用。

还有一类特殊的粒子被称为“规范粒子”（gauge particles）。这是传递各种相互作用的媒介粒子，共有：光子、W+、W—粒子、Z0粒子和胶子。