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[00:09.55]第十一章马克老大的夸克
[00:13.69]一九一一年
[00:14.97]一位名叫CTR
[00:16.85]威尔逊的英国科学家经常爬到本尼韦斯山顶去研究云层的构造
[00:23.49]这座山位于苏格兰
[00:24.83]以潮湿闻名
[00:26.95]他突然想到
[00:27.95]肯定还有一种比较简单的办法
[00:30.75]回到剑桥大学的卡文迪许实验室以后
[00:33.51]他建起了一个人工云式一种简单的装置
[00:37.09]他在里面可以冷却和湿润空气
[00:40.03]在实验室现有的条件下
[00:41.79]创建一个说得过去的云层模型
[00:45.49]那个装置运转良好
[00:46.97]而且还有个意料之外的好处
[00:49.29]当威尔逊使一个阿尔法粒子加速
[00:51.67]通过云式制造人工云团的时候
[00:54.13]他留下一条明显的轨迹
[00:56.23]很像一架飞过的飞机留下的痕迹
[00:59.59]他刚刚发明了粒子探测仪
[01:01.91]提供了令人信服的证据
[01:03.77]证明亚原子粒子确实存在
[01:06.63]最后
[01:07.32]卡文迪绪实验室的另外两位科学家发明了功率更大的质子树装置
[01:12.67]欧内斯特
[01:13.27]劳伦斯在加州大学伯克利分校造出了著名的回旋加速器
[01:17.93]或称原子粉碎器
[01:20.23]这类设备在很长的时间里就是这么称呼的
[01:23.68]所有这些新发明的原理大体相同
[01:26.44]无论是过去还是现在
[01:28.52]即将一个质子或别的带电粒子沿着一条轨道
[01:32.80]有时是环形的
[01:33.84]有时是直线型的
[01:35.82]加速到极快的速度
[01:37.64]然后砰的撞向另一粒子
[01:39.98]看看撞飞了什么
[01:41.48]所以它被称为原子粉碎器
[01:44.14]严格来说
[01:44.94]这算不上是科学
[01:46.38]但一般来说是很管用的
[01:49.39]随着物理学家建造越来越大
[01:51.77]越来越雄心勃勃的机器
[01:54.05]他们发现或推断出似乎永无穷尽的粒子或粒子族派
[01:58.83]介子 缪介子
[02:00.73]超子介子
[02:02.53]k介子
[02:03.45]西格斯波色子
[02:04.87]中间矢量
[02:05.73]波色子 重子
[02:07.55]超光速粒子
[02:09.24]连物理学家都开始觉得不大舒服
[02:12.62]当有个学生问恩里克
[02:14.12]费米某个例子的名字的时候
[02:16.26]他回答说
[02:17.38]年轻人
[02:18.76]要是我记得清这些例子的名字
[02:21.20]那我早就当植物学家了
[02:24.15]今天加速器的名字听上去有点像是弗莱什
[02:27.73]戈登用于打仗的武器
[02:29.93]超级质子同步加速器啊
[02:32.07]大型正负电子对撞机啊
[02:34.37]大型强子对撞机啊
[02:36.49]相对论性重离子对撞机啊
[02:39.42]使用的能量是如此之大
[02:41.56]有的只能在夜间操作
[02:43.50]这样设备启动时
[02:45.22]临近城镇的居民才不至于注意到自己的灯光暗淡下去
[02:50.38]他们可以把粒子激活到这样的状态
[02:53.22]一个电子在不到一秒的时间里
[02:55.56]能沿着七公里长的隧道绕上四万七千圈儿
[03:00.28]人们担心科学家们在头脑发热的时候
[03:03.34]会在无意之中创建一个黑洞
[03:05.86]甚至所谓的奇异夸克
[03:08.68]从理论上说
[03:09.78]这些粒子可以与别的亚原子粒子相互作用
[03:13.08]产生连锁反应
[03:14.44]完全失去控制
[03:16.59]要是你现在还活着在看这本书的话
[03:19.27]说明那种情况没有发生
[03:22.05]寻找粒子需要集中一定精力
[03:24.67]粒子不但个儿很小
[03:26.05]速度很快
[03:26.95]而且转瞬即逝
[03:29.05]粒子可以在短达十的负二十四次方秒时间里出现和消失
[03:34.85]连最缺乏活力的
[03:36.09]不稳定的粒子存在的时间也不超过十的负七次方秒
[03:41.12]有的粒子几乎捕捉不到
[03:43.30]每秒钟就有一万亿亿亿个微小的几乎没有质量的中微子抵达地球
[03:49.92]大多数是太阳的热核反应辐射出的
[03:52.92]实际上径直穿过这颗行星以及上面的一切东西
[03:56.64]包括你和我
[03:57.84]就仿佛地球并不存在
[04:00.29]为了捕捉几个例子
[04:01.77]科学家们需要在地下室通常是废矿井里
[04:05.03]用容器盛放多达五万七千立方米重水及含刀相对丰富的水
[04:11.05]因为这种地方受不到其他类型辐射的干扰
[04:14.78]在非常偶然的情况下
[04:16.78]一个经过的中微子会砰的撞击水里的一个原子核
[04:20.76]产生一丁点能量
[04:21.98]科学家们统计这一丁点儿
[04:24.84]以这种办法逐步了解宇宙的基本性质
[04:28.73]一九九八年
[04:29.67]日本观察人员报告说
[04:31.53]中微子的确有质量
[04:33.01]但是不大
[04:33.93]大约是电子的一千万分之一
[04:37.35]如今
[04:38.07]寻找粒子真正要花的是钱
[04:40.67]而且是大量的钱
[04:42.68]在现代物理学中
[04:44.10]寻找的东西的大小与所需设备的大小往往有意思的成反比关系
[04:50.06]欧洲核研究组织简直像个小城市
[04:53.06]它地跨法国和瑞士边境
[04:55.18]有三千名雇员
[04:56.66]占地几平方公里
[04:58.74]欧洲核研究组织有一排比埃菲尔铁塔还要重的磁铁
[05:03.46]周围有一条大约二十六公里长的地下坑道
[05:07.72]詹姆斯
[05:08.28]特雷菲尔说
[05:09.54]七碎原子倒还容易
[05:11.28]每次只要把日光灯一开
[05:13.34]然而七碎原子核就需要大量的金钱和很高的电压
[05:18.59]把粒子变成夸克
[05:20.45]构成粒子的粒子
[05:22.03]就需要更高的电压和更多的钱
[05:25.19]几万亿伏的电压和相当于一个中美洲小国预算的钱
[05:30.50]欧洲核研究组织的一台新的大强子对撞机定于二零零五年开始运转
[05:36.34]它将达到十四万亿伏电压
[05:39.16]建设费超过十五亿美元
[05:41.92]然而这两个数字与那台超级超导对撞机本来能达到的能量和所需的建设费用相比
[05:49.46]那简直是小物件大物
[05:51.74]二十世纪八十年代
[05:53.38]德克萨斯州附近开始建设一台超级超导对撞机
[05:57.76]然后本身与美国国会发生超级对撞
[06:01.23]结果很不幸
[06:02.55]现在永远建不成了
[06:04.53]这台对撞机的目标是让科学家们重建尽可能接近于宇宙最初十万亿分之一秒里的情况
[06:12.83]以探索物质的最终性质
[06:15.15]他们一直这么宣称该计划要把粒子甩进一条八十四公里长的隧道
[06:21.36]达到实在令人吃惊的九十九万亿伏电压
[06:25.34]这是个宏伟的计划
[06:26.92]但建设费用高达八十亿美元
[06:29.64]最后增加到一百亿美元
[06:31.80]每年的运行费还要花上几亿美元
[06:35.30]这也许是历史上把钱倒进地洞的最好例子
[06:39.18]美国国会为此花掉了二十亿美元
[06:42.00]然后在建成一条二十二公里长的隧道以后
[06:45.22]取消了这项工程
[06:47.32]现在
[06:47.62]德克萨斯人可以为拥有一个全宇宙代价最高的地洞而感到自豪
[06:53.27]我的朋友
[06:54.21]价值连城的堡垒的作者杰夫
[06:56.75]吉恩对我说
[06:57.87]那实际上是一大片空地
[07:00.07]周围布满了一连串失望的小城镇
[07:03.17]超级对撞机化为泡影以后
[07:05.61]粒子物理学家们的目标放低了点儿
[07:08.63]但是
[07:08.95]即使是比较一般的项目的成本也可能相当惊人
[07:12.51]要是与 呃
[07:14.11]几乎任何项目相比的话
[07:16.62]有人建议在南达克他州莱德的一座废矿霍姆斯特克矿建个中微子观察站
[07:23.30]其成本就高达五亿美元
[07:25.72]还不算每年的运转费用
[07:27.76]而且还要花二点八一亿美元的一般改建费
[07:32.06]与此同时
[07:33.10]伊利诺伊州费尔米莱布的一个粒子加速器
[07:36.52]仅更新材料就要花费二点六亿美元
[07:40.57]总之
[07:41.25]粒子物理学是个花钱很多的誓验
[07:43.75]但又是个收获巨大的誓验
[07:46.46]今天
[07:47.18]粒子的数量已经大大超过一百五十种
[07:50.24]还有一百种左右被怀疑存在
[07:52.78]但不幸的是
[07:53.78]用理查德
[07:54.44]费曼的话来说
[07:55.74]很难搞清所有这些粒子的关系
[07:58.36]大自然要他们干什么
[08:00.02]彼此有什么联系
[08:01.78]没打开一个盒子的时候
[08:03.46]我们总是发现里面还有一个紧闭的盒子
[08:06.29]我魔搭
[08:06.82]有的人认为存在超光速粒子
[08:09.32]其运动速度超过光速
[08:11.60]有的渴望找到引粒子引力的根子
[08:15.10]我们刨根问底儿
[08:16.20]已经刨到什么程度
[08:17.62]现在还很难说
[08:19.40]卡尔萨根在宇宙一书中说
[08:21.40]要是你钻进一个电子深处
[08:23.46]你会发现它本身就是一个宇宙
[08:26.04]是你回想起二十世纪五十年代的那些科幻故事
[08:30.49]里面大量小的
[08:31.51]多的别的粒子组成了相当于当地的星系和较小的结构
[08:36.17]它们本身就是下一层次的宇宙
[08:38.83]如此永远下去
[08:40.59]一个逐步往里推进的过程
[08:42.67]宇宙中的宇宙永无尽头
[08:45.25]往上也是一个样
[08:47.86]对于我们大多数人来说
[08:49.70]这是个不可想象的世界
[08:51.88]如今
[08:52.70]即使看一本有关粒子物理学的初级指南
[08:55.96]你也必须克服语言方面的重重障碍
[08:58.82]比如
[08:59.52]带电的派介子和反派介子分别衰变成一个缪介子加上反中微子和一个反缪介子加上中微子
[09:08.04]平均寿命为二点六零三乘以十的负八次方秒
[09:12.44]中性派介子衰变成两个光子
[09:15.22]平均寿命大约为零点八乘乘以十的负十六次方秒
[09:20.07]缪介子和反缪介子分别衰变成如此等等
[09:24.53]而且这段话还是从通常文笔浅显的作家斯蒂芬
[09:28.97]温伯格为普通读者写的一本书里引来的