“万岁!新的基本粒子!”实验室里顿时沸腾起来。实验小组的所有成员都显得无比激动。他们欢呼雀跃,握手拥抱,脸上挂满了微笑,有的还流下了激动的眼泪。丁肇中望着这些兴奋的同事们,想起同甘苦、共患难的三千多个日日夜夜,他们同他一起埋头苦干,同他一起顶住了各种非议的压力,帮他分忧解愁,和他一起尝遍了酸甜苦辣,终于取得了今天的成果,心中不禁涌起了一股温情。多么好的同事们啊,他从心里感谢他们!
他也想起了自己的妻子露易斯·凯薏,自从和他结婚后,凯薏全力支持丈夫的科研工作,担起了对两个女儿的抚养、教育的责任,她是学习土木建筑工程的,放弃了自己热爱的专业达六七年之久,使他能够全力以赴地投入寻找新粒子的工作中。在自己累病的时候,是妻子的关怀、体贴,给他精神安慰,使他恢复了健康,重新振作起来,继续这项艰难的工作,才获得了今天的重大发现。这里边也有妻子的一份功劳。他也要感谢亲爱的妻子露易斯·凯薏!
丁肇中和大家一起沉醉在欢乐之中!后来他回忆说:“那是激动人心的,但是我们还是花了两三个月的时间来验证。”
新粒子的面目已经看到,丁肇中和实验小组的科学家们还要继续追踪研究它,收集它的各项数据,推求它的性质,完成一系列的验证工作。
1974年8月,正当他们研究小组追踪新粒子、进行多方面验证的时候,他们正在使用的欧洲核子研究中心的高能加速器,使用期限就要届满,要让给申请使用的另一个研究小组使用。
这是一个重要的急需解决的事情,如果停止使用欧洲核子研究中心的高能加速器,对新粒子的各项数据的采集就无法进行,它的性质就无法确定。虽然已经看到了它的面目,但是对它的脾气还不了解,特点还没掌握,性质还没确定,就不能说已经对它了如指掌,当然,要向物理界宣布对它的发现,就更遥遥无期了。
1974年9月,丁肇中和研究小组的科学家们进行了一周的讨论,考虑制定了几种方案,决定向欧洲核子研究中心加速器管理当局的负责人透露他们研究的进展情况,申请延期使用高能加速器,如果这个愿望不能实现,就再想其他的应急措施。
1974年10月上旬,丁肇中和实验组的余秀兰等人约见了欧洲核子研究中心加速器管理当局的负责人,向他们通报了他们研究小组的研究成果,说明他们的研究正处于重要阶段,希望他们给予支持,允许延长使用高能加速器的使用时间。
管理当局的负责人在仔细倾听了他们的研究进展情况后,了解到他们所进行的研究,正处于关键时刻,答应了他们的请求,表示要说服下一个等着使用高能加速器的研究小组过一段时间使用,使用时间顺延下去。
问题解决了,他们抓紧时间,日以继夜地进行对新粒子的验证工作。
4.宣布发现了J粒子
1974年10月中旬,丁肇中领导的实验小组经过两三个月的奋战,对新粒子进行追踪验证,取得了不少重要的数据。丁肇中事后回忆起这段工作时说:“这些检验和许多其他别的检验都使我们确信,我们已经观测到了一个真正的大质量的粒子。”
这时候,丁肇中和他的实验小组的科学家开始讨论为新粒子命名的事情。
一个科学家说:“有的稳定粒子是用拉丁字母命名的,像假设的W°、中间矢量玻色子、Z°等。”
另一个科学家说:“通常‘古典’粒子是用希腊字母ρ和ω来命名的。”
接着,又有科学家接着发言,提出不同的方案。大家围绕着为新粒子命名的事展开了热烈的讨论。
丁肇中看大家都发表了自己的意见,他也谈了自己的看法,说:“那么,我们的粒子取个什么名字好呢?大家想一想,十年来,我们的工作一直是围绕着电磁流J(x)进行的,通常用字母J代表电流,这个新粒子在它的反应过程中分解为正负电子,我们就把它命名为‘J’粒子,大家看怎么样?”
丁肇中的话得到了大家的响应,新粒子被命名为J粒子。
接下来,不少同事提出,尽快对外正式宣布发现J粒子的建议,这使丁肇中想起了艾夫·威斯克夫教授。
艾夫·威斯克夫教授是美国享有声誉的著名物理学家。多年来,丁肇中在寻找新粒子的坎坷道路上,一直受到艾夫·威斯克夫教授的鼎力相助,他经常帮助丁肇中出主意想办法,在丁肇中遇到困难的时候,他给予丁肇中全力的帮助,使他渡过难关。
这位老教授已经决定退休,要在10月17日或18日为他举行退休仪式,召开纪念大会。
丁肇中想,如果在艾夫·威斯克夫教授的退休仪式上,宣布发现J粒子的科学论文和有关数据,真是再恰当不过了,既是对这位老教授的感谢,也颂扬了老前辈对物理学的发展的献身精神。
但是,丁肇中的愿望没有实现,他没能在艾夫·威斯克夫教授的退休仪式上宣布发现J粒子的消息。原因是,丁肇中为J粒子的一些数据深深地困扰着,被μ/π=10-14这个比值弄得手足无措,他想弄清楚有多少粒子存在。
丁肇中是一个严谨的科学家,他说过,我发表的实验结果只允许有印刷的错误。虽然在J粒子的实验中,他们已经积累了500多个实验记录,取得了许多有效的、有说服力的数据,但是他仍然为一些还不能彻底了解的东西,而坚持进一步把实验做下去。有人说,丁肇中不是把实验当做一件工作,而是当做一种追求。是的,他追求的是一种完美,是科学上的无懈可击。
1974年10月下旬的最后几天,丁肇中实验小组的同事们纷纷要求迅速公布发现J粒子的情况。以陈敏教授和乌尔利西·贝克尔的态度最为坚决。陈敏对丁肇中说:“有一只鸟在手中,总比林中的两只鸟好。”
1974年11月12日,丁肇中的实验小组终于满怀信心地向世界公布了他们的研究成果,他们发现了一种质量重、寿命长的基本粒子,这种粒子命名为J粒子。
他们的宣布,如同平静的湖面投进了一块巨石,在科学界引起了强烈的震动,沉寂了十年的物理学界顿时活跃起来。全世界各地的报刊纷纷报道丁肇中实验小组的重大发现。美国有一张报纸是这样报道当时的实验情景的:“这一天,在实验中心的丁肇中和实验小组的研究人员,他们的心脏和脉搏,随着质子的碰击,逐渐加速跳动。陈敏和余秀兰的脸上,呈现出兴奋的光彩,丁肇中压抑着内心无穷的喜悦,注视着正在进行中的实验。就在那么一刹那,他看到新的粒子产生出来,这粒子度过了在核子标准上很长的寿命后,分解为正负电子而消失不见。”
十年艰苦奋战,终于摘下了物理学高峰上的一颗耀眼的明珠。丁肇中请所有参加实验的同事们上中国餐馆,让大家品尝了一顿丰盛的中国菜肴,还一起喝了中国酒。丁肇中和大家碰杯,觥筹交错,谈笑风生,和大家一起沉浸在无比欢乐之中。
为了纪念这个美好的日子,丁肇中实验小组的14名成员,穿着缀有J字的圆领运动衫在纽约长岛的布鲁克海文国家实验室中合影留念。前排的右边坐着余秀兰博士,左边站着陈敏博士,而丁肇中却谦逊地站到了后边。
5.关于J粒子
在物理学领域,人们对基本粒子的探索走过了漫漫长路。
在20世纪的20到30年代,人们发现了原子核是由质子和中子构成的,由此拉开了对基本粒子探索的序幕。
1956年,日本著名物理学家板田昌一推出了“板田模型”,即基本粒子内部都有结构的观点。他说:“我的基本粒子观就是把基本粒子看成是构成自然界的有质的差异的无限个层次之一的观点,也就是说,是从唯物辩证法出发的。”
板田昌一的观点,推动了对基本粒子的研究,具有重大的意义。
1961年至1962年,物理学家盖尔曼和尼曼在板田模型的基础上,分别提出了“八重法”,就是把当时已知的八个基本粒子推导出新的粒子。1964年,人们按照这一理论发现了Ω-粒子。
1964年,盖尔曼和兹维格又在上述两种模型的基础上,分别提出了“夸克”和“积木块”的设想,认为所有的基本粒子都是由三种更为基本的“积木块”堆积而成的。科学家们把这个积木块取名为“夸克”。
1966年,我国物理学家在研究了粒子结构后,提出了强子结构的层子模型,认为强子是由多层次所组成的。
丁肇中走的是前人没有走过的研究道路,他的研究是从揭示基本粒子内部结构开始的。他说:“我们虽然已基本上明白了分子和原子的结构,但对粒子方面,比如核子间的强作用和相关的数百种基本粒子,仍然认识得非常有限。”
为此,他亲自设计大型研究计划,建立三个实验室,顶住传统势力的压力,不屈不挠地做着寻找新粒子的各种实验。他终于捕捉到了J粒子。
J粒子的发现成为基本粒子发展史上的一个里程碑。它是自发现奇粒子、推翻守恒律、找出两种微中子以来,高能物理学十多年来最大的发现。
J粒子的能带宽度十分狭窄,它的质量却很大,是质子质量的3.3倍,比过去发现的200多种粒子都大得多。
它的量子数则和普通的介子完全一样。
J粒子的寿命十分长,大约为10-20秒,而大质量的强子寿命为10-24秒,它的寿命比大质量的强子寿命长1000多倍。
按照一般的理论,粒子越大越不稳定,它的寿命也应该更短,然而J粒子质量很重,寿命又很长,打破了一般的规律,将高能物理学的研究带入一个全新的境界,就像在桃花源里突然发现了一个活了一万岁的老人,怎么不令整个物理学界惊诧呢?
J粒子的发现,打破了粒子的“三层子论”,发展了多层子的设想,证实了J粒子不是u、d、s三种层子构成的,而是有第四种层子构成的。
J粒子的发现,打破了高能物理学十年沉寂的状况,对粒子物理学的研究从此又活跃起来,研究新粒子的论文几乎每天都在世界各国的报刊上发表,新的发现也源源不断地涌现出来,高能物理学领域再次出现了研究的热潮。
J粒子的发现导致了J粒子“家族”中其他许多类似粒子的出现,并促进了物质根本结构合理化的新尝试。
随后见诸报端的发现有:
由新层子与u层子构成的D0、D*粒子:由新层子与s层子构成的F、F*粒子;由新层子与其反层子构成的、与J粒子有所不同的其他粒子:J(3084)、X(3415)、X(3545)、X(3510)、X(3550)、C……
J粒子家族中不断地增加着新的成员。