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中國的“層子”模型,曾經走得多遠?|科技袁人

中國的“層子”模型,曾經走得多遠?|科技袁人

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十年停頓深深影響我們這一代人,甚至更遠。被擱置十年的層子模型理論在國際上已毫無競争力。

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本視訊釋出于2021年9月3日,點贊量已達6159

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中國的“層子”模型,曾經走得多遠?|科技袁人

衆所周知,原子是由原子核與電子組成的,原子核是由質子和中子組成的。那麼,質子、中子和電子是不是基本粒子呢?根據現在所知,電子是基本粒子,但質子和中子不是,它們都是由“誇克”(quark)組成的,誇克才是基本粒子。一個質子包括兩個上誇克和一個下誇克,一個中子包括兩個下誇克和一個上誇克。上誇克帶+2/3個基本電荷,下誇克帶-1/3個基本電荷,是以質子的電荷是+1個基本電荷,而中子的電荷是0。誇克理論是在六十年代由美國實體學家蓋爾曼(Murray Gell-Mann,1929 - 2019)提出的,他是以獲得了1969年諾貝爾實體學獎。

中國的“層子”模型,曾經走得多遠?|科技袁人

然而,我早就聽說過中國學者曾經提出一個類似的模型,叫做“層子”,還聽說科大劉耀陽教授對層子模型做出了重要貢獻,隻可惜由于文革沒有深入下去。層子模型究竟走了多遠呢?如果沒有文革,中國學者能取得多大的成就?這是我一直很好奇的。

最近,我在《現代實體知識》雜志看到一篇文章《我記憶中的層子模型》,作者是當時的親曆者、中國科學院高能實體研究所研究員黃濤老師。此文解答了我的疑惑,摘錄幾段如下:

中國的“層子”模型,曾經走得多遠?|科技袁人

朱洪元首先從強子具有内部結構這一實體圖像出發,創新地提出強子是由實體上真實存在的下一層次的基本成分元強子(1966年6月才稱為層子)構成的束縛态……1965~1966 年間,在共同合作研讨的基礎上形成了北京基本粒子理論組,共有39人,發表了3本論文集,共42篇論文,建立了基本粒子層子模型理論。

衆所周知,科學論文隻有發表了才能立此存照,連發表的日期都很重要。可是1949 年以後從不允許将文章送到國外期刊發表,閉關自守,論文必須發表在國内學術刊物,否則大逆不道。更不可思議的在文化大革命開始後,為了破舊立新的革命理想又先後将國内學術期刊全部停刊,寫好的多篇論文無處投稿發表,怎麼辦?大家千方百計尋找發表的刊物,并向上級反映。錢三強(當時第二機械工業部副部長、中國科學院副院長)還特地來到中關村原子能所聽取了彙報,鼓勵我們努力做出好成果并應允解決期刊發表問題。幸好,在錢三強和周培源(北京大學副校長)兩位老前輩和老上司的關懷和幹預下,這42 篇論文得以在第二機械工業部主管的《原子能》雜志1966 年第3 期和7~8 期和《北京大學學報》1966 年第2 期上發表(這兩個刊物尚處于停刊前夕)。在當時條件下不提倡個人署名發表文章,大多數文章以集體署名的方式發表,腳注處标明撰稿人。

中國的“層子”模型,曾經走得多遠?|科技袁人

當時,這些研究成果領先于國際上非相對論誇克模型,比國際上同類相對論誇克模型要早1~2 年左右。遺憾的是我們的文章以中文發表在國内非常普通且即将停刊的期刊上,國際學術界無法了解和引用這些成果。1966 年暑期讨論會後,層子模型的結果可能由參加會議的薩拉姆和日大學學家介紹到國外,以至于國際著名科學家溫伯格(Steven Weinberg,1933 - 2021)後來說:“北京一個小組的理論實體學家長期以來堅持一種類型的誇克理論,但将其稱之為層子,而不稱之為誇克,因為這些粒子代表比普通強子更深一個層次的現實”(見溫伯格著《最初的三分鐘》)。

層子模型取得系統成果不久,由于文化大革命被迫停頓,科研人員紛紛下放到農村和部隊農場改造思想,無一幸免。可以設想如果沒有這十年中斷,我們這些剛入門科研工作的研究所學生和青年科學工作者正值有創新能力的時期,很有可能在層子模型基礎上做出一些重要的貢獻。舉個例子來講,層子模型研究過程中曾遇到自旋和統計的困難,1966年中科大劉耀陽的文章嘗試以三套誇克方案來解決,如果堅持探索并選對對稱群完全可能走向提出色自由度(國際上1972 年提出色自由度,1973 年提出量子色動力學)概念的路上。然而科學研究道路上是沒有“如果”的,有時誰先捅破窗戶紙可能就是重大突破,其他人再談“如果”也是無用的。十年停頓深深影響我們這一代人,甚至更遠。70 年代初,恍如大夢醒來發現國際上粒子實體理論飛速發展,早已從10 多年前的誇克模型發展到動力學的标準模型理論……

中國的“層子”模型,曾經走得多遠?|科技袁人

文化大革命迫使粒子實體研究仍停頓在10年前的唯象模型水準,再用已被擱置十年的層子模型理論在國際上已毫無競争力。1978年8月大陸派出以朱洪元為團長的代表團首次參加了在日本東京召開的第19 屆國際高能實體大會,開始并逐漸擴大了國際學術交流,認識到國内粒子實體學發展與國際發達國家的水準差距很大。我們隻能刻苦努力,奮起直追。

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