企鵝是怎樣走進(jìn)粒子物理學(xué)的邢志忠1975年7月,三位俄羅斯理論物理學(xué)家Arkady Vainshtein,、Valentin Zakharov和MikhailShifman在前蘇聯(lián)專業(yè)物理學(xué)期刊JETP Letters上發(fā)表了一篇討論K介子衰變的論文,,其中第一次計(jì)算了奇異夸克(strange quark)通過(guò)下面左圖所進(jìn)行的單圈衰變過(guò)程。1995年10月,,Mikhail Shifman教授在回憶20年前的這一重要工作時(shí),,把相應(yīng)的費(fèi)曼圖(Feynman diagram)簡(jiǎn)化成了下面的右圖,這就是粒子物理學(xué)中著名的“企鵝圖”,。 其實(shí)真正讓企鵝走進(jìn)物理學(xué)的是英國(guó)理論物理學(xué)家John Ellis,。他在和別人打賭輸了之后,不得不絞盡腦汁把“企鵝”這個(gè)本來(lái)與基本粒子毫無(wú)關(guān)系的動(dòng)物引入物理學(xué)來(lái)描述夸克的味道改變中性流過(guò)程,。在維基百科的“Penguin diagram”詞條中,,有John Ellis本人對(duì)這段往事的詳細(xì)記敘(見(jiàn)下面附錄),這里我們只是簡(jiǎn)略地描述一下故事梗概,,補(bǔ)充一些與科學(xué)問(wèn)題本身有關(guān)的史實(shí)以及“企鵝圖”的后續(xù)故事,。 1977年6月30日這一天,美國(guó)費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室宣布發(fā)現(xiàn)了第五種夸克,,即底夸克(bottom quark),。消息一出,,全世界的粒子物理學(xué)家都興奮異常。身為歐洲核子研究中心(CERN)理論部科學(xué)家的John Ellis馬上和他的合作者Mary Gaillard,、Dimitri Nanopoulos以及Serge Rudaz著手計(jì)算底夸克衰變過(guò)程中的物質(zhì)-反物質(zhì)不對(duì)稱效應(yīng),。就在這期間的一個(gè)晚上,正在CERN實(shí)驗(yàn)組實(shí)習(xí)的美國(guó)女學(xué)生Melissa Franklin約John Ellis和Serge Rudaz到附近的一家小酒館玩飛鏢,,并打了一個(gè)難度很大但小女生味十足的賭:假如John Ellis輸?shù)袅送讹w鏢的游戲,,他就必須在下一篇學(xué)術(shù)論文中使用“企鵝”一詞。后來(lái)Melissa Franklin本人有事提前離開(kāi)了小酒館,,但Serge Rudaz最后卻贏了John Ellis,。當(dāng)然,John Ellis本人故意輸?shù)袅擞螒蛞舱f(shuō)不定,。 總之,,John Ellis選擇了遵守自己的承諾,但把企鵝與底夸克物理聯(lián)系起來(lái)絕非易事,,這讓他大傷腦筋,。據(jù)John Ellis本人回憶,他在某天晚上和幾個(gè)朋友一起抽了一點(diǎn)不合法的東西之后,,回到自己的住處繼續(xù)寫(xiě)論文,,突然間腦洞大開(kāi),發(fā)現(xiàn)底夸克的味道改變中性流衰變的費(fèi)曼圖其實(shí)可以畫(huà)成企鵝的形狀,,并把它稱作“企鵝圖”,。John Ellis及其合作者迅速完成了這篇論文,并在1977年7月14 日將它投到了歐洲物理學(xué)會(huì)主辦的專業(yè)期刊Nuclear Physics B,,很快就正式發(fā)表了,。這幾位作者在論文的結(jié)尾之處感謝了Melissa Franklin等同事以及與他們的有益討論。這篇論文不僅成就了“企鵝圖”一詞在粒子物理學(xué)中的廣泛應(yīng)用,,而且成為研究夸克混合與物質(zhì)-反物質(zhì)對(duì)稱性破缺的經(jīng)典文獻(xiàn),。 2012年10月,筆者應(yīng)邀在日本福岡海濱舉辦的第一屆Asia Europe Pacific School of High Energy Physics國(guó)際講習(xí)班授課時(shí),,聽(tīng)John Ellis教授講述了“企鵝圖”的后續(xù)故事,。據(jù)說(shuō)加拿大裔美國(guó)理論物理學(xué)家Mark Wise曾在加州理工學(xué)院的一場(chǎng)學(xué)術(shù)報(bào)告中提到了著名的“企鵝圖”,當(dāng)時(shí)坐在聽(tīng)眾席上的物理學(xué)大師Richard Feynman不屑一顧地指出,,“企鵝圖”其實(shí)長(zhǎng)得并不像企鵝,。聽(tīng)了費(fèi)曼這話,在場(chǎng)的另一位物理學(xué)家馬上義正詞嚴(yán)地反駁道:“費(fèi)曼圖”長(zhǎng)得也不像費(fèi)曼,!
2017年9月15日,,在上海交通大學(xué)李政道圖書(shū)館舉辦的國(guó)際研討會(huì)招待晚餐期間,John Ellis教授在大家的慫恿下又講了一遍自己創(chuàng)造的“企鵝圖”的故事,引來(lái)聽(tīng)眾的陣陣笑聲,。毫無(wú)疑問(wèn),,科學(xué)家們?cè)诤闷嫘牡尿?qū)動(dòng)下探索未知和享受發(fā)現(xiàn),但也不可避免地要忍受寂寞和經(jīng)受失敗的考驗(yàn),,因此擁有一顆童心和足夠的幽默感至關(guān)重要----這既是一種健康的生活態(tài)度,,也是激發(fā)創(chuàng)造力的心靈源泉。 2017年9月23日,,本文已發(fā)表在高能所微信公眾號(hào),。 附錄:維基百科關(guān)于penguin diagram的詞條中John Ellis教授的原話。 |
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