海鸥的叫声：夸克成为最小粒子

就现在的认识水平来看，夸克是最小的物质粒子之一。谈到夸克这个名称，的确有一段很有意思的插曲。给夸克这个小东西取名字的是美国物理学家默里·盖尔曼，“夸克”一词来自于詹姆斯·乔伊斯小说《芬涅根的祭礼》中海鸥的叫声。所以，当盖尔曼将文章寄给《物理快报》时，该杂志拒绝发表。因为编辑看到这篇短文竟然有着一个奇怪的名字“夸克”，编辑觉得这又不是小说，这种漫无边际的想象，是不宜写入科学论文的。这样，盖尔曼只得将文章转投到了欧洲的《物理学快报》，庆幸的是，在这里得到了发表。

盖尔曼认为，夸克是构成已发现的强子（如质子和中子等）的更基本的粒子，也称为“夸克子”或“夸克粒子”。这些更基本的粒子像“积木块”一样，它们可以按照一定规则搭建。最初，盖尔曼提出了3种夸克，它们分别是u夸克（上夸克）、d夸克（下夸克）和s夸克（奇异夸克）。

最有趣的是，夸克具有分数电荷。这与密立根的测量电子电荷的结果并不相同。密立根认为，“电子电荷总是基本电荷的确定的整数倍而不是分数倍”。但盖尔曼的夸克却不是这样的。上夸克的电荷为下夸克的电荷为奇异夸克的电荷为

对于核子来说，2个下夸克和1个上夸克构成一个中子，可以写作（udd）；构成质子的夸克为（uud）。所以，中子的电荷为0，质子的电荷为+1。

1929年9月15日，盖尔曼出生于纽约的一个犹太家庭里。童年的盖尔曼兴趣十分广泛，很早就成为街区里有名的神童——他的同学认为他是“会走路的大百科全书”。到14岁时，他想报考耶鲁大学，父亲问他想学什么专业，“我回答说，‘只要跟考古或语言学相关就好，要不然就是自然史或勘探’，父亲的第一反应是‘你会饿死的’”。时值1944年，战争时期的美国经济状况并不理想，他的父亲强烈建议他学“工程”。然而，具有讽刺的是，在经过能力测试后，盖尔曼被认为适合学习“除了‘工程’以外的一切学科”。于是他父亲建议：“我们为什么不折中一下，学物理呢？”正是这个“折中”造就了后来的夸克理论提出者、1969年诺贝尔物理学奖获得者和“统治基本粒子领域20年的皇帝”。1948年，盖尔曼获得学士学位，然后就进入麻省理工学院继续深造，3年后，不到22岁的盖尔曼在麻省理工学院获得博士学位，随后被“原子弹之父”奥本海默带到普林斯顿高等研究所做博士后。后来曾在费米领导的芝加哥大学物理系授课，并被提升为副教授。1955年，盖尔曼在博士后研究结束后曾有机会去芝加哥大学任教，“可惜费米前一年死了”；他也曾想到丹麦的玻尔研究所，“可惜他们没有博士后制度而只让我做教师或学生”，所以最好的选择是去加州理工学院，“那里有费曼”。就这样，盖尔曼不到26岁就成为加州理工学院最年轻的终身教授。

盖尔曼

20世纪60～70年代，世界上建立起一些能量更高的加速器，这为研究强子结构提供了更好的条件。1974年8月，美籍华裔物理学家丁肇中的研究小组在美国东海岸的布鲁克海文实验室的质子加速器上发现了一个新的粒子，11月份的时候他们宣布了新粒子的发现。同时，在美国西海岸的斯坦福大学直线加速器中心里克特小组也发现了类似的粒子。丁肇中将这个新粒子命名为“J”，它像中文的“丁”字，寓意为中国人发现的粒子；里克特则将它命名为“ψ”。因此，这个粒子就以“J/ψ”命名。不久在意大利和联邦德国的加速器上也相继观察到了这个粒子。为此，丁肇中与里克特获得了1976年的诺贝尔物理奖。

为了说明J/ψ粒子的性质，人们提出了一种新的夸克——粲夸克，即c夸克。新发现的J/ψ是由一个粲夸克和一个反粲夸克组成的。

关于J/ψ，一时还流行着一个笑话。由于丁肇中发现J粒子是在美国的东海岸，而里克特发现ψ粒子是在美国的西海岸。所以，当你到了美国西部，就要称这个粒子为“ψ”（“卜赛”）；到了美国东部，就要称这个粒子为J（“吉”）粒子；如果是美国的其他地区，则要称为J/ψ“吉卜赛”）。这就使人们想起了那个不断流浪的民族“吉卜赛”人。

丁肇中

丁肇中是美籍华裔物理学家。1956年到美国密执安大学学习，并从机械专业转到物理专业。1962年获得该校的博士学位，后去哥伦比亚大学和麻省理工学院任教。丁肇中的实验工作曾在DESY（位于德国汉堡的“电子同步加速器研究中心”）、CERN（位于瑞士日内瓦的“欧洲核子研究中心”）和美国布鲁克海文实验室进行。1974年夏，丁肇中的小组在布鲁克海文实验室发现了J粒子。(www.xing528.com)

盖尔曼提出夸克模型时认为，存在3个夸克，即上夸克u、下夸克d和奇异夸克s。1974年又发现粲夸克c。到此为止，人们发现了前2代的夸克。其中第1代夸克u和d构成了我们的现实世界。第2代夸克是s夸克和c夸克，它们的发现不仅说明了一些新发现的粒子，而且表现出基本粒子发现的历史。这就像按“世代”繁衍一样，粒子的“世代”也在发展着。

从20世纪70年代起，人们开始寻找第3代夸克。1977年，美国物理学家莱德曼领导的费米实验室和哥伦比亚大学开始了寻找底夸克（b）和顶夸克（t）的工作。他们发现了新粒子，而底夸克就是这种新粒子成分。1984年，欧洲核子中心发现了顶夸克的痕迹。但找到它非常不容易，为此一些实验室开展了寻找顶夸克的“竞赛”。

1992年5月，费米实验室的研究人员利用Tevatron对撞机寻找顶夸克。参加实验的是两个国际性的合作组：CDF和DO，共800余人。1994年4月，他们首次观察到顶夸克的实验证据，并测定了其质量。顶夸克比它的“兄弟”底夸克重30多倍，是质子质量的180多倍。这大大出乎人们的预测。这一成果是90年代高能物理学的一个重大成果，并被国际合众社评为1995年度的“十大国际科技新闻”。

顶夸克的发现是借助世界最大的质子一反质子超高能对撞机，并且花了近20年的时间才完成，说明超越国际的科技合作是具有重要意义的。

总结一下，这6个夸克粒子是很有趣的。看看，它们的名称。

前3个：up，上夸克；down，下夸克；strong，奇异夸克（或奇怪夸克）。

后3个：charm，粲夸克；bottom，底夸克；top，顶夸克。

也有说，beauty，美（丽）夸克；truth，真（理）夸克。

这都是一些极为普通的名称，大概在科学家的眼中，构成物质的基础粒子最多，所以也最普通。这就像普通人家给孩子起名字，什么“柱子”“英子”等。