重子的十重態
具有相同自旋(J=32)的9個共振態粒子:△++、△+、△°、△-、∑*+、∑*°、∑*-、Ξ*°Ξ*-,按照某些特性依次排列,組成一個倒三角形的圖案(圖6-7所示)。從圖形對稱性考慮,在倒三角形的頂點上還應當有一個粒子,當時還未發現。1962年,蓋爾曼根據圖形排列的特點,預言了這個新粒子的基本性質。從圖形中粒子帶電的變化規律知,這個粒子應當帶有一個單位的負電荷;從粒子質量變化情況看,△、∑*、Ξ*相鄰兩排粒子的質量差幾乎相等,即
1385-1236=149(兆電子伏)
1530-1385=145(兆電子伏)
由此便可推斷新粒子的質量約為1680兆電子伏;這個粒子的自旋應是32。
為了驗證理論預言的正確性,布魯克海汶實驗室經過兩年的努力,終於在1964年找到了這個新夥伴,取名歐米加粒子,符號為Ω-。通過對這個粒子性質的測定,所得到的結果與理論預言完全相符。這樣,完全可以斷定這個不速之客就是位於倒三角形頂點的粒子。Ω-粒子的發現,添補了這個空缺,顯示了這種理論的正確性。
介子的八重子
蓋爾曼等人提出的強子分類的理論,對於介子同樣適用。自旋為零的8個介子:K+、K°、K-、°、π+、π°、π-、η°可以組成如圖6-8所示的圖形,各個粒子位於圖形的頂點或中心的位置。類似的辦法,自旋為1的8個共振態介子:K*+、K*°、K*-、*°、ρ+、ρ°、ρ-、ω也可以組成正六邊形的圖案。
依照強子的分類方法,人們可以將眾多的粒子分成八重態、十重態等。每一重態中的各個粒子可以看作是同一種粒子的不同表現形式。這樣,不但將那些表麵看來沒有什麼關係的眾多粒子有機地聯係在一起;而且,在一定程度上揭示出這些粒子的基本特征和遵循的規律。門捷列夫元素周期表是原子內電子排列規律的外在表現;強子分類這種對稱性也必然是強子內部結構規律的一種反映,況且這種分類方法也可以預言未知粒子,所有這些與元素周期表有許多相類似的功能。
強子分類的方法可以使粒子的種類大為減少,這給粒子物理的研究工作帶來了很大的方便,也為探索強子的內部結構帶來了有益的啟示。
蓋爾曼的功勞
阪田模型盡管很粗糙,與事實相差甚遠,但帶給人們的思考是深刻的,的確賦有啟迪性。1964年,蓋爾曼和茨維格在阪田模型和強子分類的基礎上提出了強子是由一些更為基礎的粒子組成的思想。茨維格給這些基礎粒子取名愛斯(aces),表示“王牌”的意思。蓋爾曼則取名為誇克(quark),更富有神秘的色彩。“誇克”取意於愛爾蘭作家詹·喬伊士的長詩《芬涅根的徹夜祭》中的一句詩:“為檢閱者馬可王,三聲誇克”。誇克原是一種海鳥的叫聲。相傳這種神奇的海鳥是4位老人的化身。詳細情況,我們用不著去考查,這隻是給基礎粒子命名而已,如同給新生嬰兒起名字一樣。強子是由誇克組成的理論,是當今最具影響的強子結構模型,稱為誇克模型。
最初,蓋爾曼和茨維格參照阪田模型思路,提出強子是由3種誇克組合而成的複合體。這3種誇克分別叫做上誇克(up)、下誇克(down)、奇異誇克(strange),或者稱為u誇克、d誇克、s誇克。奇妙的是每一種誇克所帶的電荷不是電子電荷(e)的整數倍,而是帶有分數電荷。如u誇克帶有23e電荷,d誇克帶電為-13e,s誇克帶電也是-13e。每一種誇克有相應的反誇克,它們是、、。反誇克所帶電荷與正誇克性質剛好相反。