这是一扇又大又重的门，正中有一块醒目的招牌：“止步！高压！”然而，门垫上写着“欢迎”的几个大字母，多少缓和了一些刚开始的冷淡印象。汤姆金斯先生犹豫了一会儿，按下了门铃。一位年轻的助手把汤普金斯先生放了进来，他发现自己在一间很大的房间里，其中一半的空间都被一台看上去非常复杂和异常奇妙的机器占据了。
“止步！高压！”
“这是我们的大型回旋加速器，也就是报纸上所说的‘原子加速器’。”助手一边解释，一边慈爱地握住巨大电磁铁的一个线圈，这个电磁铁代表了这个令人印象深刻的现代物理学工具的主要部分。
“这是我们的大型回旋加速器或‘原子加速器’。”
“它产生的粒子能量高达1000万电子伏”，他自豪地补充道，“没有多少原子核能承受如此巨大能量的炮弹的冲击！”
“嗯，”汤普金斯先生说，“这些原子核一定相当坚硬！想象一下，为了敲碎一个微小原子的更微小的原子核，必须建造一个如此巨大的玩意儿。话说回来，这台机器到底是怎么工作的呢？”
“你去过马戏团吗？”他的岳父突然从回旋加速器的巨大框架后面走出来，问道。
“呃……是的，当然，”汤普金斯先生说，他被这个意想不到的问题弄得很尴尬，“您是说您想让我今晚和您一起去看马戏？”
“不完全是这样，”教授笑着说，“但那将帮助你理解回旋加速器是如何工作的。如果你仔细观察这个大磁铁的两极之间，你会注意到一个圆形的铜盒子，它就像一个马戏场，在核轰击实验中使用的各种带电粒子正在这个圆环上被加速。这些带电粒子或离子产生的来源就位于这个盒子的中心。当它们出来时，它们的速度非常小，磁铁的强大磁场将它们的轨迹扭曲成围绕中心的小圆圈。然后我们开始鞭策它们，让它们达到越来越高的速度。”
“我知道您怎么鞭策一匹马，”汤普金斯先生说，“但您怎么用这些微小的粒子来做同样的事情，我实在是弄不懂。”
“这其实非常简单。如果粒子在绕圆周运动，你所要做的就是在它每次经过其轨迹上的某一点时对它施加一系列连续的电击，就像马戏团里的驯马师站在圆圈边缘，在马匹每次经过时鞭打它一样。”
“但是驯马师能看见马，”汤普金斯先生抗议道，“您能看到一个粒子在这个铜盒子里旋转，在适当的时刻踢它一下吗？”
“我当然不能，”教授表示同意，“但是没有必要。这种回旋加速器布局的重要诀窍在于，尽管加速的粒子总是运动得越来越快，但它总是在同一时间内完成一个完整的旋转。重点是，你看，随着粒子速度的增加，它的圆形轨迹的半径，以及相应的总长度，也成比例地增加。因此，它沿着一个展开的螺旋运动，并且总是以一定的间隔到达‘环’的同一侧。我们所要做的就是在那里放置某种电子设备，在固定的时间间隔发出电击，我们通过振荡电路系统来做到这一点，这和你在任何广播电台看到的非常相似。这里产生的每一次电击都不是很强，但它们的累积效应会使粒子加速到极高的速度。这就是这个装置的最大优点：它产生的效果相当于数百万伏特，尽管系统中没有任何地方实际存在如此高的电压。”
“确实很巧妙，”汤普金斯先生若有所思地说，“这是谁发明的呢？”
“它是由已故的欧内斯特·奥兰多·劳伦斯几年前在加州大学建造的，”教授回答说，“从那以后，回旋加速器的规模越来越大，并且很快就各个在物理实验室普及开来。它们似乎真的比使用级联变压器的旧设备或基于静电原理的机器更方便。”
“但是，没有这些复杂的设备，就不能真正打破原子核吗？”汤普金斯先生问，他是一个非常崇尚简单的人，他不太相信比锤子更复杂的东西。
“当然可以。事实上，当卢瑟福进行他第一次著名的人工元素转化实验时，他只是使用了由天然放射性物质释放出的普通α粒子。但那是二十多年前的事了，正如你所看到的，自那以后，原子粉碎技术已经取得了相当大的进步。”
“您能真正给我展示一个正在被粉碎的原子吗？”汤普金斯先生问，他总是倾向于亲眼看到一切事情，而不是听冗长的解释。
“非常乐意，”教授说，“我们刚刚开始一个实验。在此，我们将对硼在高速质子冲击下的裂变作进一步的研究。当一个硼原子的原子核被一个质子撞击到足以使抛射物穿透核势垒进入原子核内部时，它就会分裂成三个相等的碎片，各自朝不同的方向飞行。这个过程可以通过所谓的‘云室’直接观察到，云室使我们能够看到所有参与碰撞的粒子的轨迹。这样一个中间有一块硼的云室现在接在加速器的开口上，一旦我们开启回旋加速器的工作，你就会亲眼看到原子核破裂的过程。”
“请你把电流打开好吗？”教授转向他的助手说，“我要调大磁场。”
启动回旋加速器需要一些时间，现在只剩下汤普金斯先生一个人在实验室里闲荡。他的注意力被一个复杂的大型放大管系统吸引了，这个系统闪烁着微弱的蓝光。由于完全没有意识到回旋加速器中产生的电压虽然还没有高到足以击碎一个原子核，却足以轻易地击倒一头牛。所以他向前倾着身子，以便更仔细地观察它们。
突然一声尖锐的爆裂声，就像驯狮人的鞭子响起了一样，汤普金斯先生感到一阵可怕的冲击传遍了他的全身。接着，眼前的一切都变黑了，他失去了知觉。
当他睁开眼睛时，他发现自己倒在了地板上，就在他被电流击中的地方。他周围的房间似乎是一样的，但里面所有的东西都发生了很大的变化。汤普金斯先生看到的不是高耸的回旋加速器磁铁、闪闪发光的铜连接件，以及每一个可能位置上的几十个复杂的电子设备，而是一张长长的木制工作台，上面摆满了简单的木工工具。在墙上那些老式的架子上，他注意到许多形状奇特的木雕。一个看上去很和善的老人正在桌边工作，汤普金斯先生更仔细地打量着老人的五官，他惊讶地发现，老人和沃尔特·迪斯尼的《木偶奇遇记》里的杰佩托老人以及挂在教授实验室墙上的已故卢瑟福勋爵的画像都很相像。
“请原谅我的冒昧，”汤普金斯先生从地板上站了起来，说道，“我当时正在参观一间核试验室，我身上似乎发生了一件奇怪的事情。”
“噢，你对原子核感兴趣，”老人一边说，一边把他正在雕刻的那块木头放在一旁。“那你算是来对地方了。我在这里制作各种各样的原子核，很乐意带你参观我的小工作室。”
“您说您制作原子核？”汤普金斯先生目瞪口呆地说。
“是的，当然。自然地，这需要一些技巧，特别是对于那些放射性原子核，它们甚至可能在你有时间给它们涂色之前就已经散架了。”
“给它们涂色？”“是的，我用红色表示带正电的粒子，绿色表示带负电的粒子。现在你可能知道，红色和绿色是所谓的‘互补色’，如果混合在一起，就会互相抵消。这相当于正负电荷的相互抵消。如果原子核是由数量相等的正电荷和负电荷快速地来回运动，它将是电中性的，在你看来是白色的。如果有更多的正电荷或更多的负电荷，整个系统将被涂成红色或绿色。很简单，不是吗？”
*读者必须记住，混合的颜色仅仅只与光线有关，而与颜料本身无关。如果我们把红色和绿色的颜料混合在一起，只会得到一种脏颜色。另一方面，如果我们把玩具的一半漆成红色，另一半漆成绿色，然后让它快速旋转起来，它看起来就是白色的。
“我在这里制作各种各样的原子核，很乐意带你参观我的小工作室。”
“现在，”老人将靠近桌子的两个大木箱展示给汤普金斯先生，继续说道，“我把制造各种原子核的材料放在这里。第一个盒子里有质子，这是一些红色的球。它们是相当稳定的，它的颜色是永久的，除非你用刀或其他东西刮掉它。我对第二个盒子里所谓的中子感到头疼。它们通常是白色的，或电中性的，但表现出强烈的变成红色质子的倾向。只要盒子关得紧紧的，一切都好，但一旦你拿出一个，看看会发生什么。”
白色中子的变化过程
老木雕师打开盒子，拿出一个白球，放在桌上。有一阵子似乎什么事也没有发生，但就在汤普金斯先生快要失去耐心的时候，球突然活跃起来。它的表面出现了不规则的淡红色和绿色的条纹，一时间，它看上去就像孩子们非常喜欢的彩色玻璃弹珠一样。然后，绿色集中在一边，最后完全从球中分离出来，形成一个明亮的绿色小水滴，落在地板上。现在球本身变成了完全的红色，和第一个盒子里任何的红色质子没有区别。
“你看看发生了什么事，”他说着，从地板上捡起那滴绿色颜料，现在已经很硬很圆了。“中子的白色分裂成红色和绿色，整个物质分裂成两个单独的粒子，一个质子和一个负电子。”
“是的，”他看到汤普金斯先生脸上惊讶的表情，又补充道，“这个翡翠色的粒子只不过是一个普通的电子，就像任何原子中或任何地方的任何其他电子一样。”
“天哪！”汤普金斯先生叫道，“这绝对是我见过的最棒的手帕魔术。可是您能把颜色再变回来吗？”
“是的，我可以把绿色的颜料涂回红球的表面，让它变白，当然，这需要一些能量。另一种方法是刮掉红色的颜料，这也需要一些能量。然后从质子表面刮下来的颜料会形成一个红色的液滴，也就是一个正电子，你可能已经听说过它了。”
“是的，当我自己还是一个电子的时候……”汤普金斯先生开始说，但很快又忍住了。“我的意思是，我听说正负电子相遇时就会互相湮没。”他继续说，“您也能给我表演那个魔术吗？”
“哦，这很简单，”老人说，“但是我现在不会费劲去刮掉这个质子上的颜料，因为我早上的工作还剩下几个正电子。”
他打开一个抽屉，取出一个鲜红色的小球，用拇指和食指紧紧地夹住，放在桌子上那个绿色的小球旁边。一声尖锐的巨响，就像爆竹爆炸一样，两个球立刻消失了。
“你看到了吧？”木雕师说，吹着他那轻微烧伤的手指。“这就是为什么我们不能用电子来制造原子核的原因。我试过一次，但马上就放弃了。现在我只用质子和中子。”
“但是中子也是不稳定的，不是吗？”汤普金斯先生想起了最近的实验，问道。
“当它们独处的时候，是的。但当它们被紧紧地包裹在原子核内，并被其他粒子包围时，它们就会变得相当稳定。然而，如果有，相对来说，太多的中子，或太多的质子，它们可以自我转化，多余的颜料就会以负电子或正电子的形式从原子核中发射出来。这样的调整我们称之为β衰变。
“您制作原子核的时候用胶水吗？”汤普金斯先生饶有兴趣地问。
“完全不需要，”老人回答，“你看，这些粒子一接触就会自己黏在一起。如果你愿意，你可以自己试试。”
遵从这一建议，汤普金斯先生一只手拿一个质子，另一只手拿一个中子，小心地把它们放在一起。他立刻感到一股强大的拉力，看着这些粒子，他注意到一种极其奇怪的现象。粒子在交换颜色，一会儿红一会儿白。似乎红色颜料从他右手的球“跳”到左手的球，然后又跳回来。颜色的闪烁是如此之快，以至于两个球似乎是被一条粉红色的带子连接起来的，颜色沿着这条带子来回摆动。
“这就是我的那些研究理论的朋友们所说的交换现象。”老师傅说，他看到汤普金斯先生一脸惊讶的表情忍不住轻声笑了出来。“两个球都想变成红色，或者都想带上电荷，如果你想这样说的话，因为它们不能同时拥有电荷，所以它们交替地前后拉动电荷。它们都不想放弃，所以它们一直黏在一起，直到你用武力把它们分开。现在我可以告诉你，制造任何你想要的原子核都很简单。你想要什么呢？”(www.xing528.com)
“黄金？让我看看，”老师傅转头看着挂在墙上的一张大图表，喃喃地说，“金原子核有197个单位重，带有79个正电荷。这意味着我需要79个质子加上118个中子才能得到正确的质量。”
他数了数粒子的数量，把它们放进一个长长的圆柱形的容器里，并且用一个沉重的木制活塞盖住。然后，他用尽全力把活塞往下推。
“我必须这么做，”他向汤普金斯先生解释道，“因为带正电荷的质子之间有很强的电斥力。一旦这种斥力被活塞的压力所克服，质子和中子将因为它们相互的交换力而黏结在一起，形成我们理想中的原子核。”
他把活塞压入到最里面之后，又把它取出来，迅速将圆柱形容器倒置。一个闪闪发光的粉红色的球滚到了桌子上，汤普金斯先生更仔细地观察着它，注意到粉红色是因为在快速移动的粒子之间红白闪烁的相互作用造成的。
“多么美丽！”他惊叹道，“这么说，这就是一粒金原子啦！”
“还不是原子，只有原子核，”老木雕师纠正了他，“要使原子完整，你必须增加适当数量的电子来中和原子核的正电荷，并在其周围形成常规的电子层。但是这很简单，只要周围有电子，原子核本身就会捕获电子。”
“真有趣，”汤普金斯先生说，“我岳父从来没有说过人们可以这么简单地造出金子。”
“啊，你的岳父和那些所谓的核物理学家们！”老人喊着，声音里透着一丝恼怒，“他们进行了一场精美的表演，但实际上却毫无能力。他们说，他们不能把分离的质子压缩成一个复杂的原子核，因为他们不能施加足够大的压力来完成这项工作。他们中的一个甚至计算出，需要施加月球的全部重量才能使质子黏在一起。好吧，如果月亮是他们唯一的麻烦，那他们为什么不去摘月亮呢？”
“但它们仍然产生了一些核转变（核转化）。”汤普金斯先生温柔地评论说。
“是的，当然，但很笨拙，而且程度非常有限。他们得到的新元素的数量如此之少，以至于他们自己都几乎看不到。我将会告诉你他们是怎么做的。说着，他拿起一个质子，用力朝桌子上的金原子核扔去。接近原子核外面的时候，质子的速度慢了一点，犹豫了一会儿，然后一头扎了进去。吞下质子后，原子核像发高烧一样颤抖了一小会儿，然后一小部分断裂了。
“你看，”他拿起碎片说，“这就是他们所说的α粒子，如果你仔细观察，你会发现它是由两个质子和两个中子组成的。这些粒子通常是从所谓的放射性元素的重原子核中喷射出来的，但是如果你足够用力地撞击它们，你也可以把它们踢出普通的稳定原子核。我还必须提醒你注意的事实是，留在桌子上较大的碎片已不再是金原子核；它失去了一个正电荷，现在变成了铂原子核，也就是元素周期表上金的前一个元素。然而，在某些情况下，进入原子核的质子不会使它分裂成两部分，结果你就会得到元素周期表中位于金后面的原子核，即汞原子核。把这些过程以及相类似的过程结合起来，人们实际上就可以把任何给定的元素转化成任何其他元素。”
“哦，现在我明白他们为什么要用回旋加速器产生的高速质子束了，”汤普金斯先生说，他慢慢开窍了。“可是您为什么说这种方法不好呢？”
“因为它的有效性非常低。首先，它们不能像我一样瞄准它们的炮弹，所以几千次发射中只有一次击中原子核。第二，即使是直接命中，炮弹也很可能会从原子核上弹回来，而不是穿透到内部。你可能已经注意到，当我把质子扔进金原子核时，它在进去之前就有些犹豫，那时我就在想它可能会被扔回去。”
“那儿有什么东西能阻止炮弹进入呢？”汤普金斯先生感兴趣地问道。
“如果你记得原子核和轰击它的质子都带正电荷，你自己就会猜到的，”老人说。“这些电荷之间的斥力形成了一种不易跨越的障碍。如果轰击质子能够穿透原子核堡垒，那只是因为它们使用了类似特洛伊木马的妙计；它们不是以粒子而是以波的形式通过原子核的核壁的。”
“唉，您把我难住了，”汤普金斯先生悲伤地说，“您说的话我一句也听不懂。”
“我也是担心你无法理解，”木雕师笑着说，“说实话，我自己也是个手工艺人。我可以用我的双手做这些事情，但我也不是太擅长这些理论。然而，最主要的一点是，由于所有这些原子核粒子都是由量子材料制成的，它们总是能穿过，或者更确切地说，是漏过，通常被认为无法穿透的障碍物。”
“哦，我明白您的意思了！”汤普金斯先生叫道，“我记得有一次，就在我遇见莫德前不久，我去了一个奇怪的地方，那里的台球表现得和您所描述的完全一样。
“台球吗？你是说真正的象牙台球？”老木雕师急切地重复着。
“是的，我知道它们是用量子大象的象牙做的。”汤普金斯先生回答。
“唉，生活就是这样，”老人悲伤地说，“他们只是为了玩游戏而使用如此昂贵的材料，而我必须用普通的量子橡木雕刻出质子和中子，这些是整个宇宙的基本粒子！”
“但是，”他继续说，试图掩饰自己的失望，“我可怜的木制玩具和所有那些昂贵的象牙制品一样棒，我要让你看看它们是如何巧妙地穿过任何障碍的。然后，他爬上长凳，从最上面的架子上拿出一个非常奇怪的雕刻作品，看起来像一座火山的模型。”
老木雕师的火山模型
“你在这里看到的，”他轻轻掸去灰尘，继续说道，“是任何原子核周围斥力屏障的模型。外部的斜坡对应于电荷之间的电斥力，火山口对应于使核粒子粘在一起的内聚力。如果我现在把一个球抛上斜坡，但没有足够的力使它越过顶峰，你自然会认为它会再滚回来。但看看实际发生了什么……”然后他轻轻抛了一下球。
“嗯，我看不出有什么异常，”汤普金斯先生说，这时球爬到半坡，又滚回桌上。
“等等，”木雕师平静地说，“你不应该指望第一次就能成功，”说着他又把球送上了斜坡。这一次，它又失败了，但在第三次尝试时，球突然消失了，就在它大约爬到斜坡一半的时候。
“那么，你认为它去哪儿了？”老木雕师带着魔术师的神气得意地说。
“您的意思是，它现在在火山口里？”汤普金斯先生问。
“是的，那正是它所在的地方。”老人说着，用手指把球捡了起来。
“现在，让我们反向进行，”他建议说，“看看球是否可以在不翻越顶部的情况下从火山里面出来。”然后他将球扔回了洞中。
有一阵子什么事也没发生，汤普金斯先生只能听到球在火山口里来回滚动的轻微隆隆声。接着，就像发生了奇迹一样，球突然出现在外面斜坡的中间，并静静地滚到了桌子上。
“你在这里看到的一切是在放射性物质α衰变中发生的事情。”木雕师说，他把模型放回原处，“只是在那里，不是普通的量子橡木屏障，而是电子斥力屏障。但是原则上没有任何区别。有时，这些电子屏障是如此的‘透明’，以至于粒子可以在瞬间逃逸；有时它们太‘不透明’了，需要花费数十亿年的时间，比如说铀原子核。”
“但为什么不是所有的原子核都具有放射性呢？”汤普金斯先生问。
“因为在大多数原子核中，火山口的底部都在外层水平面以下，只有在已知最重的原子核中，底部才足够高，使这种逃逸成为可能。”
老木雕师的量子小提琴
很难说汤普金斯先生在作坊里和那位和蔼可亲的老木雕师待了多少个小时，他总是那么热心地把他的知识传授给每一个到访的人。汤普金斯先生还看到了许多其他不寻常的东西，其中最奇特的一个是一个小心翼翼地关着的、但显然是空的盒子，上面贴有标签：中微子。小心轻放，别让它掉出来。
“这里面有什么东西吗？”汤普金斯先生一边问，一边在自己耳边摇晃着那个盒子。
“我不知道，”木雕师说，“有些人说有，有些人说没有。但你什么也看不见。那是我的一个研究理论的朋友送给我的一个精致的盒子，我不太知道该怎么处理它。暂时最好别去管它。”
汤普金斯先生继续参观，他还发现了一把落满灰尘的旧小提琴，它看起来实在是太旧了，想必是斯特拉迪瓦里的祖父制作的。
“您拉小提琴吗？”他转向木雕师，问道。
“只会拉伽马射线的曲调，”老人回答，“这是一把量子小提琴，它不能演奏其他任何东西。我曾经拥有一把量子大提琴，可以用来演奏光学曲调，但有人把它借走了，再也没有还回来。”
“好吧，请为我拉一首伽马射线的曲子吧，”汤普金斯先生说，“我以前从未听过。”
“我将为你演奏《升C调的小调》，”木雕师说着，把小提琴举到肩头，“但你必须做好准备，那将是一首非常悲伤的曲子。”
这音乐确实很奇怪，不像汤普金斯先生以前听过的任何音乐。这是海浪不停地拍打着沙滩的声音，不时被一种使他想起子弹呼啸声的尖锐曲调打断。汤普金斯先生并不是一个真正的音乐爱好者，但这首曲子对他有一种奇怪而强烈的影响。他舒舒服服地躺在旧扶手椅上，闭上了眼睛……
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