到目前,發現的奇異粒子有多個,把它們劃分為兩組:一組叫K介子,其中包括K+、K-和K°;另一組粒子的質量都超過核子的質量,起名叫超子。超子的名稱大都用大寫的希臘字母表示,其中有Λ°(蘭姆達)、∑(西格馬)、Ξ(克西)等。超子的成員正在不斷地擴大。
1947年至1960年前後發現的奇異粒子稱為第二代粒子。奇異粒子雖然在1947年從宇宙射線中已經發現了,但對於這一代粒子的性質真正了解那是20世紀50年代的事情。隨著加速器技術的發展,可以利用人工方法獲得奇異粒子,才使得這方麵的研究工作不斷深入。
到了1960年,第一代與第二代粒子總數已達到30種。隨著粒子家族成員不斷增加,人們在這個領域的研究也在不斷地擴展。電子、質子、中子和光子的發現,使人類的認識深入到了原子和原子核空間;正電子、μ粒子、π介子和奇異粒子的發現,使人們已經認識到,粒子物理有著獨自的豐富內容,從此開始成為一門獨立的學科。
(3)第三代粒子
隨著加速器能量不斷提高,1952年,費米利用高能量加速器加速π+粒子,然後用它撞擊質子靶,從大量的實驗資料中,觀察到非常有意義的一些現象。當π+粒子的能量提高到某一個數值時,與質子相撞後能夠形成一個短暫的複合體。這個複合體具有一定的能量、電荷、自旋和壽命,它的各種性質和表現完全等同於一個粒子。人們叫做共振態粒子,用符號△++表示。△是這種粒子的符號,兩個加號表示這種粒子帶有兩個單位的正電荷。這是人們發現的第一個具有代表性的共振態粒子。它的能量高達1236MeV,一般寫成△(1236)。碰撞過程表示為
π++p→△++
△++的壽命非常短,僅為10-24秒。很快就進行衰變:
△++→π++p
共振態粒子實際上就是一個處於高能量狀態的複合核。大質量,短壽命,與第一代和第二代粒子的性質有著明顯的區別,稱為第三代粒子。從20世紀50年代中期到20世紀60年代初期,隨著各種類型高能加速器的問世和高能探測係統的迅速發展,可以加速各種帶電粒子打擊靶核,能夠探測各種粒子。因此,到了20世紀60年代初期,發現的共振態粒子已超過200種。它們的壽命大約在10-24~10-23秒範圍內。具有代表性的還有:
π++n→△+
π-+p→△。
π-+n→△-
共振態粒子是粒子碰撞過程中,產生的一種中間過度性的狀態。由於共振態粒子種類繁多,通過對這一代粒子的研究,人們可以得到這類粒子內部情況的許多信息,諸如能量、電荷、自旋、壽命等,為進一步探索粒子的內部結構、性質及其運動規律有著重要的意義。
(4)第四代粒子
20世紀70年代以來,科學家們在實驗中又發現許多性質各異的粒子,為粒子大家族增添了不少新夥伴。最具代表性的有:
1974年的夏天,美籍華人、著名的物理學家丁肇中博士(1936—)領導的實驗小組,利用加速器獲得的高能量質子流相互碰撞,目的是研究碰撞後產生的正、負電子對的情況以及一些粒子間電磁力的性質。在8月初的實驗中,當碰撞質子對的能量達到3.1吉電子伏時,記錄儀器突然出現了異常現象,記錄到的電子對的數目成倍增加。進行反複實驗,獲得同樣的結果。到了10月底,累積資料超過500例,小組成員意識到,這是一種新的粒子。由測量的數據已清楚表明,這種粒子的質量很大。在粒子物理學中,依據質量與能量之間的關係,常常用能量的多少來表示粒子質量的大小。這種新粒子的能量為3.1吉電子伏,那麼它的質量也用這個數值來表示。這種表示方法非常方便,在粒子物理中被普遍采用。按照常規,粒子的質量越大,它的壽命越短;而這種新粒子則不然,它的質量是質子的3倍多,但它的壽命卻比較長,為10-20秒,是同類粒子的1000多倍。這些特點,標誌著新粒子不同於前三代的粒子,給它取名為“J粒子”。因為英文大寫字母“J”與中文丁字相似,故而以此命名。
差不多同一時間,美國斯坦福直線加速器中心的實驗室利希特(1931—)領導的實驗小組,在研究正負電子對的碰撞實驗中,發現了一種行跡可疑的新粒子,並給這個不尋常的粒子取名叫ψ(普賽)粒子。由各種測量的數據看,J粒子與ψ粒子各種性質完全一樣,表明它們是同一種粒子。由於是兩個實驗小組各自獨立做出相同發現,於是,新粒子共同取名為J/ψ粒子。為表彰兩個實驗小組做出的貢獻,他們分享了1976年度諾貝爾物理學獎。