从正负电子对撞机谈起

从正负电子对撞机谈起

1988年10月16日凌晨，在中国首都北京，一对正、负电子在一个形如羽毛球拍的机器里发生了碰撞，震惊了世界物理学界。正、负电子对撞机的运行成功，是我国高科技领域在“两弹一星”之后的又一重大突破，它为我国粒子物理和同步辐射的应用开辟了广阔前景，标志我国的高能物理研究上了一个新台阶，把我国的高能物理研究水平与世界先进国家的距离一下子缩短了25—30年。在实验室里开展高能物理研究，必须要建立一个人工的高能粒子源，以便提供多种多样足够强度的高能量粒子，进行各种各样的核反应。长期以来是采用加速器加速粒子到足够高的能量，去轰击静止不动的“靶”。但如果让两束分别加速的粒子对撞，那么它们的能量将在粒子碰撞发生反应的过程中得到最充分的利用。举一个具体例子来加以说明：两束能量均为5吉电子伏（1吉电子伏等于10亿电子伏）的正负电子对撞，可得到10吉电子伏的质心能量；但用加速的正电子去轰击静止的负电子时，为了得到等同的质心能量，正电子必须加速至具有10万吉电子伏的能量。图1—12是正、负电子对撞机的示意图。

图1－12　粒子对撞示意图

这里同学们可能会产生一个问题：众所周知，电子是带负电荷的粒子，难道还有带正电的电子吗？答案可能使一些同学感到意外，不仅有带正电的电子，还有带负电的质子呢！质子、中子、电子；反质子、反中子、正电子等均属于基本粒子。迄今为止，已发现的基本粒子有300余种，其中相对较为稳定图1—12粒子对撞机示意图的粒子有30多种，按照这些粒子的质量大小，大体可将它们分为四大类，即：

（1）光子：构成光的基本粒子，静止质量为零。

（2）轻子族：质量较小，有正、负电子，正负u介子、微子等。

（3）介子族：质量介于电子和质子之间，有K^＋、K^－、K^o介子，Ⅱ^＋、Ⅱ^－、Ⅱ^o介子等。

（4）重子族：质量较大，有正、负质子，正、负中子，多种超子等。

其实，上述粒子即使称为“基本粒子”，实际上也不是“实心球”，也有个结构问题，它们仅是反映物质无限分割中的一个阶段，而物质是无限可分的。科学家们还发现，所有的基本粒子都不是孤立的，而是在一定条件下可以相互转化的。如质子在一定条件下，可以转化为1个中子、1个正电子和1个中微子；而中子又可以转化为1个质子、1个电子和1个反中微子：

p→n＋e^＋＋γ（中微子）

n→p＋e^－＋（反中微子）

这些基本粒子间的转化也进一步说明它们仍有个结构问题。我们对一些基本粒子作了些启蒙式的介绍，其目的不在于让大家掌握多少关于高能物理的知识，而是应确立这样一种认识：研究原子及其变化规律，是化学科学的主要内容，但绝不是认识物质世界的终结。随着科学技术的不断进步，我们对物质结构的认识也应不断深化、更新。