佩爾小組最初得到的跡象是在一萬個各種類型的事例中,找到24個電子-μ子事件,可以用下列式子表示:電子+正電子→電子+反μ子+(i.p.)
電子+正電子→正電子+μ子+(i.p.)
式中(i.β。)代表不可見的粒子,在探測器中不留任何痕跡。探測器隻能記錄下電子(或正電子)及電荷符號相反的反μ子(或μ子)。
正負電子對撞後,先產生的是一對重輕子,即後來命名的τ子。他們設想這對正反τ子衰變得極快,離開碰撞點不到幾毫米就衰變掉了,因此難以觀測到。觀測到的是電子和μ子,說明正負τ子衰變成了電子(正電子)或μ子(反μ子)。但是又由於衰變過程中輕子數必定守恒,在反應中除了電子中微子(或μ子中微子)還應有τ子中微子參與。於是反應的衰變產物應為:τ子→電子(或μ子)+幾個中微子,τ子→反μ子(或正電子)+幾個中微子,當然,中微子是看不見的,隻能根據能量和動量的計算作出判斷,所以,圖中中微子的軌跡是虛線。
重輕子的發現不僅增添了人類關於基本粒子的知識,在理論上也有重大意義。下麵我們來簡單回顧一段曆史。
1964年蓋爾曼等人提出誇克模型理論,在粒子物理學的發展中是一個飛躍。這個理論認為所有的重子都是由三個誇克構成,介子則是由一個誇克和一個反誇克構成,很好地解釋了各種重子和介子的性質。誇克模型理論預言的Ω-粒子,很快得到實驗的證實,但在研究強子的弱作用時遇到了困難。1970年格拉肖等人提出GIM模型理論,根據誇克和輕子的弱相互作用有相似的特點,認為它們之間有對稱性,四種輕子(電子、μ子、電子中微子、μ子中微子及其反粒子)應該對應於四種誇克,並預言了第四種誇克的特性,取名為粲誇克。1976年丁肇中和裏克特發現了J/ψ粒子,J/ψ粒子可以解釋為粲誇克與反粲誇克組成。這一發現對GIM模型理論當然是一有利的判據。
然而就在第二年佩爾小組發現了第三代輕子(τ子、τ子中微子及其反粒子組成第三代輕子)。於是人們進一步設想,誇克也應有第三代,並根據這一對稱性建立起標準模型理論。第三代誇克分別取名為底誇克和頂誇克。1977年發現的γ粒子,揭示了底誇克的存在。頂誇克直到1994年才由費米國家實驗室找到。
中微子和重輕子的發現使人們對於微觀世界的認識大大跨越了一步。但是人類對物質世界的認識是沒有止境的。還有沒有第四代基本粒子,很難作出預言。這是物理學尚未解決的問題,如果還有,標準模型理論又要作重大修改。
諾貝爾物理學獎再次授予粒子物理學家,說明這一領域在整個科學技術中的地位進一步得到了社會的承認。粒子物理學不但為人們提供了重要的對物質世界的認識,使人類掌握自然界更深層次的規律,而且這種認識對於其他學科也有深遠影響。