引 言

磁能的认识：热的本质是磁能。热量是磁能浓度的表现，热量越高表明磁能浓度越大，反之热量越低表明磁能浓度越小。这种观点能够解释不存在分子的宇宙真空中存在3K宇宙温度现象，那就是在宇宙真空中存在着热量磁能。而布郎分子运动生热论则不能解释不存在分子的宇宙真空中存在的温度现象。磁能量表示磁能含量的多少，磁压表示磁能呈现的压力/位差状态。磁能依磁压传播的能量称为磁压能量流（简称：磁压能）。

磁能具有两种传播特性：当高磁压的能量施加在低磁压媒介中传播时，磁压能量流遵循磁压特性规律传播，这种依磁压特性规律传播的磁压能量流就是电、电磁辐射，它以光速方式传播；当低磁压的能量施加在高磁压的媒介中传播时，磁能不遵循磁压特性规律传播，而遵循磁能浓度扩散原理传播，就是热量依浓度扩散方式传播。

实体的认识：每种元素代表着不同的实体。元素实体通过结合磁能达到饱和状态时的磁能量称为饱和磁充量。随着元素周期表排列位序的升高，每种元素实体饱和磁充量具有逐步增大的规律，并随饱和磁充量的增大其饱和磁压也相应升高。这种观点的认识来源于对伦琴射线的认识，以及对巴克拉、布喇格父子、莫塞莱等科学家判别、建立元素周期表和认识物质元素多样性鉴别手段的认识。本文认为就是由于Ｘ射线作为强磁压能量流（强电磁辐射）启动了隐含在各种物质元素中子内，具有各自强度特征的饱和磁压能量，并通过与地磁压能量（关于地磁压强度后面论述）间相互干涉、阻尼、托曳形成波动，根据不同标志伦琴辐射存在着不同波长规律的排列顺序，从而鉴别出实体存在不同元素的差别特性。这种认识为各种物质元素存在着标志伦琴辐射的科学之迷找到了答案。

总之，我们鉴别出不同物质元素存在着差别特征，就是因为每种元素实体具有不同的饱和磁充量并相应存在着不同的饱和磁压，从而使我们认识了物质元素的多样性。因此元素周期表排列的元素顺序，就是不同饱和磁充量实体的区别特征，元素周期表中元素实质是按照实体饱和磁充量由小到大的顺序进行排列的，随着元素周期表中元素排列位序的升高和实体饱和磁充量的增大，其饱和磁压也随之相应升高。各种物质元素的物理特性，主要是其实体与磁能结合而存在不同的饱和磁充量和不同饱和磁压特性所决定的。

根据对各种元素实体具有不同的饱和磁充量和不同饱和磁压区分特性的认识，本文对重元素存在大能量的原因认识如下：早在1903年法国物理学家贝克勒尔，1905年另一位物理学家皮埃尔·居里在他们的两次演讲中都曾经讨论过“关于放射性物质能量是从什么能源取得的问题”。他们的观点基本可以归纳为两种假设：第一种是放射性物质从外界摄取能量并加以释放（或称二次辐射），第二种是放射性物质释放的能量出自物质本身。本文认为这两种观点不是两种假设，综合解释就是解决放射性物质能量问题的答案。

根据物质世界由磁能和实体构成，并具有结合特性的观点。本文认为放射性重元素从外界摄取的能量，就是游离在空间的磁能，重元素只是其实体饱和磁充量相当大，造成重元素实体与磁能结合，要达到饱和磁充量，就需要从外界空间摄取大量磁能，包括对地磁压能的摄取，因为地磁压能相对于重元素高饱和磁压能是弱磁能（地磁压强度后面论述）。重元素物质与磁能结合具有集储大量磁能的特性，使得当重元素实体达到饱和磁充量时，其元素实体中磁能浓度就相当高，由于热量是磁能浓度的表现，因此表现为重元素物质始终具有很多的热量现象，重元素实体饱和磁充量具有极高的磁能含量，高磁能含量的高浓度性也就是该重元素物质含有大能量具有高热能现象的本质原因。重元素高饱和磁充量决定着其产生高饱和磁压，由于重元素高饱和磁压是远大于地磁场中空间存在的约束磁压（约束磁压强度后面论述），因此当重元素实体粒子达到并超过自身饱和磁压向地磁场空间释放强电磁辐射时，就表现出强于非重元素的放射电磁辐射现象，并且是远远大于地磁压强度的放射现象。从而表现出重元素发射的磁压能量在地磁场中我们能够观察到的放射性现象。从这种角度看，放射性物质大能量的来源是空间存在的磁能，是重元素实体从其外界空间摄取得到的磁能能量。但从重元素本身实体固有的高饱和磁充量看，这种摄取大量磁能和释放高磁压能量特性，只是重元素实体本身所固有的特性，因此从这种角度讲放射性物质释放的磁压能量又是出自重元素物质本身。

早在19世纪50年代，人们在进行真空放电实验时就发现，在对着负极的真空管壁上出现了绿色的辉光。1876年戈德斯坦(e.goldstein, 1850-1930)指出，这种绿色辉光是由阴极上所产生的某种射线引起的，故称阴极射线。直到1897年，汤姆孙(j.j.thomson, 1856-1940)才确定，组成这种阴极射线的粒子，就是电子。电子是人类发现的第一个(基本)粒子。对粒子进行探索和研究的帷幕从此就拉开了。

1886年戈德斯坦在研究阴极射线时，观察到另一种辐射，它穿过阴极孔并沿与阴极射线相反的方向运动。汤姆孙就把这种辐射称为正射线。后来，卢瑟福(e.rutherford)把组成这种正射线的粒子定名为质子，并且知道了质子就是氢原子核。1919年卢瑟福用a粒子轰击氮核，结果产生了一个氧核和一个质子，这说明氮核中存在质子，并断定所有原子核中都存在质子。在此后的十多年中，人们一直认为电子和质子这两种带有等量异号电荷的粒子共同构成了原子核。这就是说，电子和质子是构成自然界一切物质的最基本单元。但是，这种观念不久就被另一种粒子的发现所打破。

1930年博特(w.bothe)和贝克尔(h.becker)在用 a粒子轰击铍核时，发现有一种不带电的粒子射线放出来，有人认为这种粒子是 g光子。到1932年，查德威克(j.chadwick)在对这种射线进行了仔细的研究之后指出，这种射线粒子不是光子，而是一种质量与质子相近的不带电的中性粒子，并把这种粒子定名为中子。

中子发现以后，伊凡宁柯(Д .Д .Иваненко)和海森伯(w.heisenberg)立即建立了原子核的质子-中子结构学说，这就是现在大家都知道的原子核由质子和中子构成的概念。

质子和中子统称为核子，核子是依靠强大的核力结合成原子核的。1935年汤川秀树提出，一种质量介于质子和电子之间的粒子，称为介子是核力的场量子。他认为，核子之间通过发射或吸收介子而建立相互作用从而结合在一起，这就是在§18-3中曾经讨论过的核力的介子场理论。到1938年，安德森(c.d.anderson)和尼德梅耶(s.neddermeyer)在宇宙射线中发现了一种质量介于质子和电子之间的粒子，误认为是汤川秀树预言的介子，故称之为 m介子。但发现 m介子不参与强相互作用，所以不可能是汤川秀树所预言的那种介子。汤川预言的介子是  p介子，直到1947年才从宇宙射线中找到。介子的最重要的涵义，已不在于质量，而在于必须参与强相互作用。m介子被称为介子乃是历史的误会，所以，后来改称为 m子。

宇宙射线真是发掘粒子的宝库，很多粒子都是在研究宇宙射线时发现的。宇宙射线是来自外层空间的高能粒子流，粒子的最高能量可达10¹²gev，射线的主要成分是具有10亿电子伏特数量级能量的高速质子，当它们与高层空间的氮核或氧核相碰撞时，便会引发许多次级现象。因此研究宇宙射线就成了探索粒子、研究粒子行为和性质的富有的天地。我国早在20世纪50年代就在云南建立了宇宙射线工作站，后来又在西藏建立了高山乳胶室，是世界上最高的宇宙射线工作点之一。

早在1932年，安德森在研究宇宙射线时最先观察到正电子，这种粒子带有与电子相同的质量、等量而异号的电荷，称为电子的反粒子。以后在宇宙射线中先后发现了m子和  p介子。到20世纪50年代又在宇宙射线中发现了一些具有奇特性质的粒子，它们是k介子、l超子、s超子、x超子、w超子等，统称为奇异粒子。它们具有哪些特殊的性质呢？首先，这些粒子的产生过程是非常迅速和强烈的，而衰变过程却是十分缓慢的。其次，这些粒子总是成对地产生，好像受到某种性质的约束，而衰变时则可以各行其事。为描述这类粒子的奇特性质，而引入一个新的量子数，称为奇异数，并假定在强相互作用过程中奇异数守恒，而奇异数不守恒的过程只能是弱相互作用过程。

安德森发现正电子给了人们一个重要的启示，既然电子存在反粒子，那么其他粒子是否也各有其反粒子？是的，所有粒子都应有其反粒子。粒子和它的反粒子具有相同的质量、自旋量子数和寿命，而电荷则等量异号，自旋磁矩的方向相反。1955年，塞格里(e.segre)和钱伯林(o.chamberlain)发现了反质子，这是在反电子之后发现的又一个反粒子。以后又相继发现了反中子、反介子和反超子等。人们不禁要问：既然存在反粒子，那么是否存在由反粒子组成的反物质？这正是需要探索的重大课题之一。

很多粒子和反粒子的发现都应归功于高能粒子加速器。加速器是使粒子获得高能量的大型装置，由加速器获得的高能粒子与静止靶中的粒子相碰撞，从所发生的次级现象中获得新粒子的信息。第一次观测到反质子的那个加速器的能量是6 gev，以后又建成了能量更高的加速器，利用这些加速器发现了许多新粒子。目前世界上已经建成了10³ gev级的同步加速器。为了充分利用粒子互相碰撞的有效能量，而把从加速器中获得的高能粒子束分成两束，改变运动方向，使它们相向运动并发生对头碰撞，以观测其次级现象，这种装置就是对撞机。我国已建成能量为2.8gev的正负电子对撞机。目前世界已建成tev级的正负质子对撞机。近十几年来，粒子物理中的一系列重大进展几乎都是在对撞机上得到的。可以相信，今后粒子物理的最前沿的研究成果将主要在对撞机上获得。

从20世纪50年代以后，在高能粒子加速器中发现，某些粒子除了有基态，还存在激发态，处于激发态的粒子称为共振态粒子。共振态粒子的质量比其基态粒子的大得多，寿命和自旋量子数也与基态不同。由于共振态粒子与基态粒子在粒子的基本特性上有很大差异，所以不能把它们视为同一种粒子。由于大量共振态粒子的发现，到目前为止，粒子的总数达到452种。

人们曾经按照粒子的质量和是否参与强相互作用分类，把质量轻并且不参与强相互作用的费米子称为轻子，轻子有电子e 、m 子、t子，和与它们相应的中微子n_e 、n_m 、n_t，以及它们的反粒子。一切参与强相互作用的粒子统称为强子，强子又分为介子和重子，前者是玻色子，后者是费米子。而重子又包括核子和超子。同时，随着粒子种类的增加，标记它们特性的量子数也达到了相当复杂的程度。除了自旋量子数以外，还有同位旋量子数、重子数、轻子数、奇异数、粲数和美数等等。

事情到了如此复杂的程度，人们首先关心的是这452种粒子是否都是基本的？在这些粒子中，是否有些是存在内部结构的，它们是否由更基本的粒子所组成？

1964年盖尔-曼(m.gell-mann)和兹韦格(g.zweig)各自独立地提出了强子的夸克模型，我国科学家也曾提出了强子的层子模型。强子的夸克模型认为，所有强子都是由夸克(quark)组成的。最初，人们根据强子特性的对称性提出三夸克模型，即认为强子是由三种(称为三味)夸克(上夸克u、下夸克d和奇异夸克s )和它们的反夸克所组成。事情并不尽然，1974年丁肇中等人发现了静止质量是质子质量3.3倍的j/y粒子；1977年美国费米实验室的科学家们又发现了比j/y粒子重三倍的 ¡粒子。这两种粒子的发现，是两味新夸克及其反夸克存在的实验证据，这两味新夸克就是粲夸克c和底夸克b。至此，人们已经发现了五味夸克，理论上还预言了第六味夸克，即顶夸克t的存在。1995年3月美国费米实验室宣布，他们的两个研究小组各自独立地发现了顶夸克存在的证据。实际上，其中一个研究小组在1994年4月就宣称他们观测到顶夸克的存在。顶夸克的发现是物理学中的重大事件。

在已经知道的436种强子中，介子是由一对正、反夸克组成的，重子是由三个夸克组成的，反重子是由三个反夸克组成的。人们发现，在夸克组成强子时，会出现三个完全相同的夸克存在于同一个强子中的情形，作为费米子的夸克，这是违背泡利不相容原理的，除非这三个夸克处于不同的状态之中。于是人们引入了一个新的量子数¾色荷，认为每一味夸克都有三种不同的“色”状态，即“红”、“绿”和“蓝”。由于强子都是无色的，所以在强子以外是不可能直接观测到夸克的色状态的。值得注意的是，夸克的“色”和“味”都是描述夸克特性和状态的量子数，不再具有它们原先字面的涵义了。

不同的夸克是如何结合在一起组成强子的呢？回答是：胶子是传递夸克之间相互作用的媒介粒子。1979年丁肇中小组证实了胶子的存在。

夸克具有一些奇特的性质。在任何通常条件下，都无法把夸克从它们的束缚态中解脱出来，所有六味夸克[上夸克(u)、下夸克(d)、粲夸克(c)、奇异夸克(s)、底(美)夸克(b)和顶(真)夸克(t)]都是在它们的束缚态中发现它们的，到目前为止，所有试图产生或发现自由夸克的实验都没有成功。这就是说，夸克都被“禁闭”在它们的束缚态中，这称为“夸克禁闭”。实验发现，夸克之间越靠近时相互作用越小，这种性质称为“渐近自由”。欧洲 m子实验合作组发现，与在自由核子内相比，在原子核内的核子中包含较多的低动量夸克，这就是emc效应。由emc效应，人们推测，在原子核内夸克可以在一个比在自由核子内更大的禁闭区域内活动。关于夸克在原子核内的性质目前仍知晓甚少，有待进一步探索。

我们已经知道，传递电磁相互作用的媒介粒子是 g光子，而1983年发现的中间玻色子(w ⁺、w ^-和z⁰ )则是传递弱相互作用的媒介粒子。人们把传递基本相互作用的媒介粒子( 胶子、g光子和中间玻色子以及引力子g)统称为规范玻色子。

在粒子物理发展过程中的所有实验结果，都可以用三类基本粒子(即轻子、夸克和规范玻色子)和四种基本相互作用(强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用和引力相互作用)加以解释，这就是关于粒子物理的标准模型，它在长期的探索和研究中已逐步形成了。1990年在新加坡召开的第25届国际高能物理会议上对这个标准模型的评价是“标准模型理论令人注目地成功经受了所有实验的检验，超出标准模型理论的实验结果一个也没有找到。”从1897年汤姆孙发现了第一个(基本)粒子¾电子，到1995年发现了顶夸克，人们经历了一个世纪的探索，得到了粒子物理的标准模型，那么关于粒子的研究是否应该画上一个圆满的句号了？

但是，暗物质的发现又在晴朗的天空布上了一团乌云。宇宙中存在许多螺旋状星云，它们是在万有引力作用下的旋转星系。如果观察其中质量为 dm的一小部分，它受到来自质量为m的引力作用，而以速率v作圆周运动。于是就有

,

由此得到

式中r是dm到星云中心的距离。根据高斯定理(由库仑定律得到的高斯定理对于万有引力也是适用的)，作用于 dm的物质质量m，就是以星云中心为球心、以r为半径的球体内星云物质的总质量。式(18-60)表示，如果星云质量比较集中于中心区域，则外部星体的运动速度应随r的增大而减小。

实际观测的结果又是如何呢？质量分布确实是中心密，外部疏，但是v² 却几乎不随r变化。这表明，在半径为r的球体内部还存在许多未被观测到的物质，这种物质数量大，分布范围比观测到的星云的分布还要广，它们同样对 dm有引力作用。这种不能提供任何直接的电磁作用信号但有引力效应的物质，称为暗物质。据分析，宇宙中可观测物质与暗物质的量之比在1 : 10~60，这就是说，暗物质的量至少比可观测物质大一个量级。

暗物质是由什么粒子组成的呢？据观测和分析认为，一类暗物质的构成成分与其他星体相似，也是由质子、中子等重子所组成，但是由于它们演化到一定阶段，温度很低，因而不能输出任何可以观测的电磁信号。这类暗物质可称为重子物质的暗物质。

另一类暗物质的构成成分是电中性的、有静止质量的、其稳定寿命长于宇宙年龄的粒子，它们不直接参与电磁相互作用，但允许其参与弱相互作用。由这种粒子组成的星体或星际物质自然不会放出或吸收电磁信号，这类暗物质可称为非重子物质的暗物质。在标准模型给出的粒子中，勉强符合这种要求的粒子只有中微子及其反粒子。说“勉强”，是因为一般认为中微子的静质量接近于零，目前测量中微子质量的实验都没有得到确切的结果。即使中微子有质量，它们也只能是那些以高速运动的暗物质的组成粒子，即热暗物质的组成粒子；而以低速运动的暗物质(即冷暗物质)的组成粒子，应该是一种质量很大的中性稳定粒子，它们不直接参与电磁相互作用，但可参与弱相互作用和引力相互作用。可以肯定，这种粒子不存在于标准模型范围之内。那么这究竟是些什么粒子呢？在长达一个世纪的时间内，人们竟然一无所知？

物质是由分子组成的，分子是由原子组成的，原子是由原子核和电子组成的，而原子核是由质子、中子（统称核子）组成的。 
　　这曾经是许多人从中学时期就已经得到的常识。现在它应当添上这样一句：质子和中子又是由夸克组成的。 

　　我们知道纷繁复杂、千姿百态的物质细分下去依次是分子、原子、中子、质子和电子。这些粒子人们不仅可以通过电子显微镜等辅助设备在实验室直接或间接地观察到，而且掌握的有关这方面的知识巳经在实际中得到了应用 。那么物质组成的基本粒子——夸克到底有什么特性呢？ 

　　目前物理学家们还没有办法得到单独存在的夸克，但是他们已经发现夸克共有六种：上夸克，下夸克、粲夸克、奇夸克、顶夸克和底夸克。上夸克，下夸克质量较轻, 而其余4种夸克，质量较大。一般中子和质子都是由上夸克和下夸克组成的。物理学家们还发现所有的夸克粒子都有其对应的反粒子，如果用外力想强行分开它们，他们会各自迅速找到另外的伙伴。为了揭开夸克的秘密，科学家们通过研究一对正、反粲夸克即粲夸克偶素来推断粲夸克之间的相互作用，从而推断夸克的各种特性。 

　　我国物理学家们在北京正负电子对撞机上，把通常可以得到的电子和正电子加速到很高能量，然后让它们进行碰撞，发生反应，得到粲夸克偶素。夸克寿命非常短，需要借助高性能的测量仪器才能 观测到它曾经短暂的存在。夸克非常小，以至于物理学家们把它看成是小到没有形状的一个点；夸克很轻，如果把一个西瓜大的铅球的质量当成是一个氢原子的质量，那么最重的夸克质量还赶不上芝麻粒大小的棉花呢。 

　　我国科学家在这个领域, 发现了一系列有意义的反常现象,做出了多项世界一流水平的研究成果， 引起了国际理论界的浓厚兴趣和研究热情，推动了夸克理论的进一步进展。国际粒子物理界权威文献《粒子物理评论》（2000年版）收录的90年代以来的共113项粲夸克偶素物理方面的粒子数据中，我国的实验数据就占了74项，占世界数据总量的65%. 其中20多项数据是国际上首次报道的，相当一部分测量达到了世界最高精度。完全可以说我国在这个能区的研究水平是世界第一。 

　　人类文明的历史在很大程度上是不断认识、了解自然力和开发新能源的过程：从掌握火、驯服化学能到了解原子核和控制原子能，人们仰仗的是物理学的知识。如果有一天，我们能够充分认识基本粒子及其相互之间的作用力并掌握和利用“粒子能”，那么这种利用的效果将是空前壮观的。
多少世纪来，人们一直在为探索物质的基本组成而不懈努力着，从最原始的哲学意义上的“原子”到有一定科学依据的分子、原子，从质子和中子的发现到夸克和轻子的探测，等等。随着探索方法和实验手段的空前发展，随时都可能有惊人的新发现。例如，质子和中子再也不像以前人们认为的那样是不可分的点粒子，在高能电子与核子散射实验过程中，已明显地“看到”了核子的内部结构：组成它们的是夸克，由胶子传递的强相互作用把夸克“粘结”在一起。

   奇 妙 的 夸 克

   到目前为止，还没有实验证据表明夸克具有内部结构。

   夸克有许多新奇的性质。首先是禁闭性。实验证实，夸克总是（也仅仅是）两个一起(一对正反夸克构成的介子)或三个一起（重子，如质子、中子）被禁闭起来。实验上从来没有发现单个的自由夸克。夸克的另一个新奇之处就是带“分数电荷”(2/3的正电荷或1/3的负电荷)。而其他一切粒子和原子核所带的电荷都是零或整数。

   一个自然产生的问题是，为什么就没有找到四个、五个或者更多夸克组成的粒子呢（这些组成并没有违反描述它们运动行为的量子色动力学原理）？现有的基本理论是否对描述多夸克系统存在着致命的缺陷？是不是还有新的物理机制没有发现？种种疑团一直困扰着物理学家。

   惊 人 的 发 现

   沉闷终于被打破了。首先，1997年俄罗斯科学家用一种称为“手征孤子模型”的理论方法预言，可能存在由五个夸克构成的粒子（称为Θ+ 粒子或pentaquark），并预言，该粒子的质量为1530兆电子伏左右，且具有较窄的宽度（即较长的寿命）。理论分析表明，该五夸克粒子中应包含一个反奇异夸克(s)、两个上夸克(u)和两个下夸克(d)。该模型还预言了Θ+粒子的自旋(S=1/2)、宇称(P=+1)和同位旋(I=0)。但在当时，上述理论预言并没有引起多大的轰动，因为早在20多年前就有人预言过六夸克粒子（H粒子）的存在，而实验上却一直没有找到。

   2002年，日本大阪大学LEPS研究组（Laser Electron Photon at SPring-8）在一次粒子与原子核物理国际会议上宣称，他们在SPring-8粒子加速器上用很强的?酌射线轰击中子，找到了这种被称为Θ+的五夸克粒子。2003年，他们把这一实验结果发表在国际最具影响力的物理学杂志——美国《物理评论快报》（Physical Review Letter）上。但开始时，专家们并没有对这一结果持完全认同的态度，大多数人甚至认为这是不可能的，因为在1970年代，也曾经有一些关于多夸克重子的实验报告，但最终人们发现那只不过是在实验数据本底上的一些模糊的错误信号而已。然而这次由SPring-8掀起的从实验和理论上探索五夸克的热潮再也阻止不住了。就在SPring-8的结果公布后几个月，美国、俄罗斯和西欧的类似实验都证实了日本的实验结果。许多专家认为，根据已公布的和即将公布的实验数据，已没有必要再怀疑这一实验信号所代表的重要意义。但也有不少专家认为，由于实验数据统计精度不够，还不能确认已经给出的解释。迄今为止，国际上已有12家以上实验室竞相宣布观测到了Θ+粒子，但也有几家宣布未观测到。尽管如此，国际权威性的粒子数据组（Particle Data Group）已将Θ+粒子列入他们的粒子数据表，并发表在2004年第B592期的欧洲《物理快报》（Physics Letters）上。

   发现Θ+粒子的令人激动之处在于，如果这一实验结果最终得到完全证实，那么这将是人类第一次观察到的一类全新的、奇异的物质形态。在此之前已知的强子多达数百种，但如前所述，就它们的夸克构成而言只有两类：重子（三个夸克）和介子（一对正反夸克），人们对它们的研究已持续数十年。现在，物理学家们似乎终于可以着手研究一个陌生的由五夸克组成的粒子了，这将可能为人们进一步了解微观世界打开一扇新的大门。理论物理学家们说，五夸克粒子的存在可以提供更多的夸克-夸克相互作用以及夸克-胶子相互作用短程行为的信息，因而也可以为各种量子色动力学模型理论提供重要的检验依据。

   尚待解决的疑团

   五夸克的Θ+粒子虽然已得到多数物理学家的确认，但它展现在人们面前的却是一付全新而模糊的面孔。第一个有待澄清的问题就是标志其寿命的“窄宽度”，到目前为止，还没有哪种理论能够就“窄宽度”给出简单明了的解释。另一个有待澄清的问题就是它的宇称，是奇宇称还是偶宇称？不同理论预言的结果很不一致。最初预言Θ+粒子的“手征孤子模型”也同样受到了理论的挑战,有人认为它在预言Θ+粒子的低质量和窄宽度上似乎有些欠充分。值得指出的是，最初预言Θ+粒子的手征孤子模型理论并未涉及夸克层次。

   Θ+粒子到底是怎样由五个夸克组成的呢？人们最容易想到的是：Θ+粒子会不会是K+介子(二夸克)和中子 (三夸克)的分子态？这种想法由于K+介子与中子之间的相互作用太弱而很快被排除。一个具有代表性的理论模型是所谓配对夸克模型，在这个模型里，Θ+粒子由两个“夸克对”集团和一个反奇异夸克组成。另一个夸克集团模型认为：Θ+粒子由一个“夸克对”集团和一个三夸克集团构成。此外还有一些非夸克集团模型理论方法，如量子色动力学求和规则等。由于目前已有的各种理论模型都不能完全解释Θ+粒子的结构性质和所存在的问题，因此，关于Θ+粒子的新物理有待进一步探索，新的更完善的理论模型有待建立。

   人们考虑的另一个问题是：是否还存在其他类型的五夸克态呢？比如现在人们所研究的Θ+粒子的最低自旋态为1/2。是否还有自旋为3/2或者比这更高的五夸克态？是否存在五个夸克中反夸克不是反奇异夸克的五夸克粒子呢？有人简单地将Θ+粒子中的反奇异夸克用较重的反粲夸克(c)和反底夸克(b)替代来估算它们的性质，希望能够向重味五夸克态研究迈出一步。看来，不同夸克组分的五夸克粒子也可能成为物理学家探索的热点。

   探索束缚在原子核内的Θ+粒子

   除了理论关注最多的五夸克粒子的结构性质（如它的宇称、自旋、宽度等）外，另一个不可忽视的研究方面是：五夸克粒子Θ+能不能束缚在原子核内？它在核介质中有些什么样的特殊性质？因为实验上Θ+粒子是通过高能量的γ射线打在核子上而产生的，也就是说，其反应过程是在核环境中完成的，因此，近来这方面的研究也受到一些核物理学家的关注。

   一个不同于质子或中子的粒子进入原子核中，就好像固体材料中掺入了杂质，该原子核的性质往往会受到很大的影响。在已完成的实验中，掺入核中的“杂质”一般是带奇异夸克的粒子，这些粒子称为奇异重子或超子，它们所形成的核称为超核。已经有人用上述“掺杂”方法研究过Λ超核、Σ超核、Ξ超核和一些非常规超核(例如包含粲夸克和底夸克的各种重味超核)。最近，有人通过研究Θ+粒子在核物质中的自能来研究其与核子和原子核的相互作用，进而研究Θ+粒子束缚在原子核内(Θ+超核)的理论上的可能性和实验探测的可能性。他们的初步结论是，在一定的假设条件下，Θ+粒子与核子和原子核的相互作用可以是吸引力，这种吸引力甚至出人意外的强。同时他们计算得到，在轻核及中等质量的原子核中，Θ+粒子的衰变宽度大约减小到自由Θ+粒子的1/3，或者更小。强烈的吸引和更窄的衰变宽度表明，Θ+粒子也许更容易在核环境中保持稳定。还有人在相对论平均场的理论框架下讨论了Θ+粒子的耦合常数，并对Θ+粒子可能构成的超核进行了较系统的计算。结果表明，存在着Θ+超核束缚态能谱的可能性。此外，得到的典型Θ+超核能谱的低能级间距明显大于自由共振宽度实验值，因而存在实验探测的可能性。

   如果Θ+粒子真的能够被原子核束缚，并且能够为实验所探测，那么将会为人们研究原子核结构和强相互作用提供新的信息。由于Θ+粒子在核内相对于质子和中子来说是非全同粒子，因此，是可以区分的。它不受泡利原理的限制,可以进入核的最内部，从而成为探测原子核结构和性质的良好的内部“探针”。另一方面，对Θ+超核的研究也可以反过来促进人们对Θ+粒子本身的认识。Θ+粒子虽然可以存在于原子核内，但它的寿命一般非常短。尽管如此，随着现代实验手段的发展，人们还是可以观测到它的能谱和它与核相互作用的性质。

   Θ+粒子中含有一个反奇异夸克，而其他超核中的超子所带的是奇异夸克，因此，通过探索Θ+粒子与核的相互作用，可以了解奇异夸克(s)和反奇异夸克(s)参与强相互作用的不同表现。此外，Θ+粒子与核有较强的相互吸引力，因此，通过研究Θ+粒子或许能观测到由此引起的核收缩效应。

   实验上，从2002年开始的探索Θ+粒子的热潮对物理学界来说的确是一件令人激动的重要事件。如果Θ+粒子和Θ+超核的存在最终被完全确认，那么这种从来没有被人们认识的五夸克粒子形态,无疑将丰富人们对物质世界组成的认识，并为研究尚不很清楚的强相互作用提供一个难得的新机遇。它的重要性是否能与30年前发现夸克渐近自由（该工作已获2004年诺贝尔物理学奖）相提并论？人们对此拭目以待。

 科学家观测到爱因斯坦预言的时空扭曲

中子星上空出现时空扭曲

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腾讯科技讯　据国外媒体报道，爱因斯坦预言的时空扭曲又一次得到证实，近日，美国密歇根州大学和宇航局天文学家称，最新观测结果发现在中子星周围发现时空扭曲，这个时空扭曲现象显现出铁青气体污点盘旋在中子星上空。据悉，中子星是宇宙中可见物质最密集的星体。

研究成员美宇航局戈达德空间飞行中心的萨迪彼•巴塔查亚说，“类似的时空扭曲现象在黑洞甚至是地球上也曾出现过，这项研究发现并不令人惊奇，它对回答天体物理基础问题具有重大意义。”

他指出，这是一个基础性天体物理现象，中子星可能存在某些奇特的粒子状态物质，比如在中子星中心的夸克物质，这种物质不可能在实验室内形成。我们将通过此项发现进一步地加深了解中子星。据了解，中子星密度很高，像城市大小的区域就相当于太阳的质量，几杯中子星物质就相当于珠穆朗玛峰的质量。研究人员使用中子星这种垂死崩溃的星体作为天然实验室，进而研究宇宙提供的超高压状态下如何将太空物质紧密地压缩在一起。同时他们强调指出，要揭示中子星的神秘面纱，科学家们必须首先精确地测量出中子星的直径和质量大小。

在两项同时进行的研究中，天文学家使用欧洲宇航局XMM-牛顿X射线天文台和日本和美国宇航局合作的Suzaku X射线卫星对三个中子星进行了观测，这三个中子星分别是：巨蛇座X-1，GX 349+2和4U 1820-30。天文学家同时发现中子星上空盘旋着铁青气体污点状，这些气体光谱的速度达到光速的40%。

正常来说，过热铁原子的标准光谱线呈现为对称状峰值，在爱因斯坦相对理论出现时空扭曲时光谱峰值将发生歪斜。这种极快速运动的气体光谱在中子星上空形成了“污点”。

XMM-牛顿X射线天文台研究小组成员爱德华•卡凯特称，这项研究有助于测定中子星的最大体积。当这些盘旋的气体运行时它们的最大直径就接近于中子星的直径。他强调指出，中子星的直径最大不会超过20.5英里（33公里）。（悠悠　编译）

美国发射的“宇宙微波背景辐射探测器”

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腾讯科技讯　北京时间8月25日消息　据国外媒体报道，美国“宇宙微波背景辐射探测器”日前传回的最新数据在世界科学界引起了巨大震动，有可能颠覆现有的部分基础性理论。

在测量宇宙中各个不同区域背景辐射温度的过程中，“宇宙微波背景辐射探测器”意外地发现，在辽阔的宇宙空间中居然存在着一条贯穿整个宇宙的奇特“轴线”。目前，科学家们正在着手构建该“轴线”的空间模型。

专家们指出，新近发现的这条“轴线”将会动摇当今所有有关宇宙诞生和演化过程的理论，这其中也爱因斯坦的“相对论”。

根据爱因斯坦提出的“相对论”，空间和时间的分布在“大爆炸”发生后便一直是非常混乱的，而宇宙本身从总体上看应是非常均匀的并且存在着向各个方向扩展的趋势。

但是，美国“宇宙微波背景辐射探测器”传回的最新数据却从根本上否定了这一著名的假设。据专家们介绍，测量结果显示，宇宙背景辐射温度的分布并不是混乱无章的，它们所处的位置都相当确定，或者说是“有计划的”。

科学家们宣称，在宇宙中似乎存在着一条巨大的轴线，而整个宇宙都环绕在它的周围。

美国“宇宙微波背景辐射探测器”于2001年发射升空，主要用于探测“大爆炸”发生后残留在宇宙中的各种背景辐射。（范尧）
 

丁肇中：美籍华裔物理学家美国国家科学院院士 祖籍中国山东省日照市主要从事高能实验物理、基本粒子物理、量子电动力学、γ辐射与物质的相互作用等方面的研究。他最杰出的贡献是在1974年，与里希特各自独立地发现了J／ψ粒子。为此，他们共同获得了1976年诺贝尔物理学奖。

    1976年由于J粒子的发现，40岁的丁肇中教授获得了诺贝尔物理学奖。获奖后，他一直活跃在国际物理界前沿。目前丁肇中教授正领导着一个由15个国家联合参与投资上千亿美元的国际科学合作项目，他的任务就是在太空中寻找反物质。这是人类岂今为止最具雄心的太空物理实验。

    主：我在以前看到您在各式各样的谈话中也说到，对科学的最大兴趣是源于好奇心，是吗？

丁：对。

主：那么在今天的研究当中您最大的好奇心在哪里呢？

　　丁：最大的好奇心就是说宇宙是怎么样起源的，如果宇宙是真正来自于大爆炸，爆炸前什么都没有，当爆炸的时候有物质就有反物质，现在就是说由反物质所组织的宇宙到哪儿去了，这个非常简单的问题。 

丁肇中最大的好奇心正是他目前最重要的研究。他从90年代开始研究反物质。他在思考，如果宇宙起源于大爆炸，一半的宇宙是正物质组成的，另一半是反物质组成的，反物质组成的宇宙到哪里去了？据说这项研究将花费1000亿美元以上。因为它必须是一项太空实验。

　主：我看到您前些时候的一段讲话，给自己一个很有意思的评价，您说自己是花钱最多，经济效益最少的人，所以我想问您，那么到目前为止您的这些科学实验当中，尤其是近期的这个实验当中已经花了多少钱，还准备需要花多少钱。

　　丁：我认为花得最多得不是钱，花的最多的是跟我工作的可能到现在为止，前前后后大概快到1000个人了，1000个博士，这些有的人跟我工作10年，有的20年，有的人10年，有的人20年，有的人30年，有的人快40年了，他们绝大多数的人都一辈子跟我工作，这是最大的代价，这是钱不能买到的。

　主：那么在这个资金的方面，比如说您现在做到这个MS的项目，那么它的这个作为科学研究经费的这个概念是多少？就是说觉得做成这样一个实验需要多少？

　　丁：很难说，比如说国际空间站，我们这个实验放在国际空间站上，国际空间站造价就很高了，就看你怎么算了，因为算的话，每一个国家的算法不一样，有的人算经费，有的人不算薪水，总而言之就是好几百亿到一千亿美金左右，上面唯一的实验就是我们这个实验，所以你要算的话很难算。

　1974年11月，沉寂了10年的国际粒子物理学界发生了一场深刻的革命。在当时已经发现了200多种基本粒子，当时物理学家都认为基本粒子发现已经结束，它由三个夸克所构成。而年轻的丁肇中一直在思考是否存在着第四种夸克。那一年丁肇中才38岁。

主： 您在当时得诺贝尔奖的时候主要的成果就是研究这个J离子，那么我非常希望了解当时您所面临的困难有多大？

　　丁：它的困难程度就是说精确度，找这个新这个夸克的精确度是一百亿分之一，就是什么意思呢？比如说北京下雨的时候，每一秒钟有一百亿个雨点，中间有一个是红的，你要把它找出来，所以所有的实验室，学理论的人认为这是没有意义的，学实验的人他们认为是做不出来的。

　主：那您怎么当时自己就可以坚信是可以有发现的？

　　丁：我就问这个问题，为什么只有三个，为什么没有第四个，为什么没有第五个，所以我就设计了个实验，最后终于让美国的(英文)国家实验室通过了，就把这个结果就找出来了。

　主：那么您到今天是不是还很清晰记得你们当时发现的那一天的情景？

　　丁：当然记得了，因为我所做过的，几乎每一个实验，每一个阶段我都能够记得，因为绝大多数东西都是我自己设计的，所以我有比较，什么时间做了什么结果，我都能记得。

丁肇中领导的AMS实验是90年代初启动的。美国、中国、俄罗斯、芬兰、法国、德国、意大利、瑞士、西班牙等15个国家首次在空间的合作活动，也是国际空间站上惟一的实验。有人戏称这是一个科学世界的小联合国，而丁肇中则是这个国际一流前沿科学团队的当之无愧的领袖。

　主：那么我注意到就是您后来很多的科学研究实际上它都是一个非常大的国际团队的一个合作，甚至于是十几个更多的国际上科学家在参与，那么这样一个大的就是国际合作的科学项目就会产生很多的问题，随便举个例子，比如说不同国家的科学家之间相互会有信任的问题，甚至于还有国际关系的问题，政治的问题，那么这些多的问题当您变成一个科学的这样一个团队的领导者的时候，需要非常强的管理和组织能力，那么在这个当中您碰到大的困难是什么？

　　丁：跟我工作的，比方说这个实验有15个国家，有56个研究所，大概五六百个科学家，上一个实验有19个国家，大概600多个科学家，用上一个实验做例子吧，上一个实验是L3实验，在西欧核质中心，那是当时世界上规模最大的一个高能物理实验，也是首次美国、中国俄罗斯和西欧的合作，做这种实验，组织这个实验，管理这个实验，你不能，除了科学以外你不能用任何东西去考虑，比方说你有一个仪器，我通常是画一个规格应该怎么做，比方说有一组德国人说我认为应该怎么做，有一组俄罗斯人认为应该怎么做，双方都花很多的钱研究，最后决定用哪个得我决定，怎么决定法呢？就是我开会，让德国人把他所有做的结果、想法、设计公布出来，然后俄罗斯人也公布出来，开会的时候呢任何人可以发言，由我来组织，尤其是青年的学生更喜欢他发言，我唯一的要求就是让他一个人发言，不让大家一起吵，走来走去，倒茶，烧水，然后假设我听懂了，我了解了，我就决定下来，通常这个会有时候开两天，开三天，有时候开一个礼拜。

　1976年12月10日，丁肇中在瑞典斯德哥尔摩继杨振宁与李政道之后第三位获奖的华裔科学家。在获奖仪式上，丁肇中用中文和英文发表了获奖演说。

主：我记得在诺贝尔的颁奖仪式上的时候，您特意是请了父亲也到现场的这个观众席中坐着来参与，那么当您走上这个颁奖的这个典礼的时候，那么您觉得那个时候跟父亲之间，你们在颁奖前或者颁奖之后有过关于这个颁奖的交流吗？

　　丁：交流不多，他当然非常高兴了，可是他觉得比较奇怪的是很多瑞典的记者认为他是日本驻瑞典大使。

 主：为什么这种看法？

丁：我不知道，所以他觉得比较奇怪，我还记得我跟他，拿奖以后跟他谈过一段话，他说你还做什么，我说还继续工作，继续做科学上的工作，他说你现在想什么，就是那天晚上，76年的12月10号，他问你想什么，我说我在想一个问题，就是宇宙这么大，在别的星球上会不会有生命，我说我正在想这个问题，我还记得很清楚这个谈话。

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