為什麼研究小小的基本粒子，要用巨大的加速器
作者：朱偉
1979年9月4日，華裔美籍物理學家丁肇中領導的高能物理實驗小組，在西德漢堡的一台高能加速器上找到一種新粒子——膠子。現在，讓我們來了解一下，為什麼研究粒子都要用加速器！
基本粒子是目前人們直接觀察到的最小的粒子。
基本粒子究竟有多麼小？如果有一种放大鏡能把乒乓球放大到地球那樣大，按同樣的放大倍數來看基本粒子，也不過像一隻乒乓球那樣大。把一萬億個基本粒子排成一列橫隊，叫這列橫隊齊步穿過縫衣針的小孔，也還綽綽有餘。為了研究這小小的基本粒子，物理學家卻動用了直徑大到2千米的高能加速器，這是為什麼呢？原來，在微觀世界中，物質運動的規律同我們平時生活中所見到的完全不同。在宏觀世界裡，粒子運動的時候，總有一條明確的軌跡；波動則是以瀰漫於空間的形式出現的。因此，粒子就是粒子，波就是波，誰也不會把它們混淆起來。
20世紀初，當物理學家的研究深入到分子、原子以及更深的層次時，卻發現這些微小的粒子，有許多奇怪的行為，不能用以往的經驗來解釋。法國有一位歷史學家叫路易斯徳布羅意，他受到研究實驗物理學的哥哥的影響，改行研究物質結構。1924年，他向巴黎大學理學院遞交了一篇博士論文，在論文中他提出了一種新觀點，認為任何一個粒子的運動都有一種波和它伴隨，並影響到粒子的運動。這種波的波長，和粒子的動量成反比。由於我們肉眼所看到的物體質量太大，用德布羅意的公式來計算波長就非常之短，觀察不到這種波的影晌。可是，對於原子和分子世界中的粒子來講，這種波的行為卻很強烈。徳布羅意認為，只要承認這個假定，就可以解釋如原子這類粒子的許多反常的行為。開始，大家對他的說法將信將疑，不久實驗證實了徳布羅意的觀點。這位新博士因此獲得了諾貝爾獎。
物理學家在探索微觀世界時，經常採用的一種方法是把一束已知性質的基本粒子作為炮彈，去轟擊所要研究的某種未知的基本粒子，通過觀察它們之間的相互作用，來研究靶粒子的性質。在研究基本粒子的時候，為了看清它的結構，作為炮彈的基本粒子的波長，應該越短越好，或者是它們的動量越大越好；否則，由於波動的強烈干擾，很難對靶粒子作出精確的測量。可是，粒子朿的能量越大，它們就越難馴服，就是要它們轉個彎也很不簡單。解決的辦法，只能把加速器的「跑道」彎曲的程度盡量減小，這樣加速器的直徑也就越來越大了。
著名的義大利原子物理學家恩里科費米，曾風趣地說過：如果人們想要製造一台能量達到宇宙射線那樣的加速器，這台加速器的圓周就會大得足以套到地球的赤道上。但是，人們相信，將來利用某種新技術(如超導技術)，可以使加速器的尺寸大為縮小。不過，從目前的情況來看，物理學中研究的對象越小，使用的儀器設備確實是越來越大了。
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