2018试析盖尔曼—博学多才特立独行的物理学家
论文关键词：盖尔曼 奇异量子数 八重法 夸竟模型论文摘要：本文就盖尔曼的成长历程、生平业绩、非凡的直觉以及独特的科研风格作一简要介绍.旨在纪念“夸克模型”创立40周年，籍以弘扬盖尔曼精湛的科学方法和伟大的科学精神.
默里·盖尔曼(MurrayGell-Mann,1929-)因对基本粒子的分类及其相互作用方面的卓越贡献，特别是他提出的“夸克”粒子模型，开辟了人类对物质结构认识的新纪元，从而使他荣膺了1969年度诺贝尔物理学奖，成为粒子物理学界一名当之无愧的顶尖人物.甚至有人誉他为爱因斯坦的继承人之一现就他的成长历程、探索足迹与显赫的成果，以及他敏锐的直觉、与众不同的科研风格作一简要的论述.
1出身于书香门第的科学大师
1929年9月15日，盖尔曼出生于纽约的一个教授家庭.在父亲和哥哥的培养和影响下，盖尔曼的兴趣非常广泛.除了终生酷爱语言学、自然历史和数学外，他还爱好音乐和娱乐，喜欢滑雪，登山旅行;对待生活他敢于冒险和挑战;特别值得一提的是他还是一个痴迷的鸟类观察者，曾漫游大半个世界去寻找研究观察了数百种鸟类.
盖尔曼从小就显示出超人的智慧，常被人们称为奇才.在他只有8岁时，就获得过一笔奖学金，以优异的成绩从一家地方公立学校升人纽约的一所高级学校.盖尔曼19岁就毕业于耶鲁大学，1951年在麻省理工学院获哲学博士学位，并成为普林斯顿大学高级研究院的科研人员.1953年到芝加哥大学任讲师，加人了以费米(EnricoFermi)为核心的研究集体之中.1955年他受聘于加州理工学院，任理论物理学副教授，一年后晋升正教授.因此，盖尔曼是位很早就显露头角的科学家. http://
2新的量子数—奇异数的引入
对奇异量子数的研究是盖尔曼的主要贡献之一在20世纪40年代末50年代初，研究人员在宇宙线和大型加速器实验中发现了一批具有新奇特性而当时又无法解释的粒子.为了揭示这些粒子的奇特性一一产生快(10-2`s)、衰变慢(10)，并总是协同产生，非协同衰变.盖尔曼和日本的西岛和彦分别于1953年和1955年各自独立地提出了奇异量子数的概念，并创立了解释上述粒子奇异性的盖尔曼一西岛法则.奇异数方案指出，不同的粒子具有不同的奇异数S.指定K介子S=l;n,超子的s=一1;u超子的s=一23对称性.对当时人们从实验中发现的大量的强子，进行了有秩序、有规律的描述.1962年，盖尔曼和以色列物理学家内曼(Neemann)分别独立提出了“八重态”的分类方法，它的得名乃是由于每8个粒子能填人SU3群的8维表示中.他们假设，8个质量最小的重子(质子、中子及其激发态):2个核子，3个乏超子，2个三超子及1个n超子，构成一个.‘超多重态”.就像是一个八角形，8个粒子分处各个顶点.这8个重子，自旋都是1/2，宇称均为正值，质量相近.只是电荷不同、同位旋不同、奇异数不同，如图1所示.从图中我们不难发现，这8个粒子的排列是井然有序的，其纵坐标为y，横坐标为1(同位旋分量).从排列上可以看出一定的规律.即从左上向右下的方向，同一直线上的粒子电荷数相同;沿水平方向向右，同一直线上粒子的奇异数(或超荷)相同.据此，盖尔曼在他的八重法方案的报告中指出:“八重法:一个强作用对称性的理论”，并以“重子和介子的对称性”作为该方案正式公开发表的论文的标题.
盖尔曼打算用八重态方法把所有新的粒子和新的量子数都综合进来.按照这一方法，还可以把当时已知的9个重子共振态排列成“十重态”的对称图形.图2中实心圆圈表示的是4个△粒子、3个激发态粒子、2个三‘粒子所处的位置，惟有A点是一个空心圆圈，即表示当时尚未发现的粒子.从这个图形的对称性出发，可以推出处在十重态尖端空位A点上这个粒子的特性.1962年，盖尔曼在欧洲核子中心的会议上预言了这第十个粒子，即“失踪了的”粒子—n粒子，它的电荷Q=一1，奇异数1964年，人们在美国布鲁克海文实验室发现了n粒子，并与盖尔曼的预言完全吻合.正是这个失踪的粒子，对盖尔曼的八重态方法予以了有力的支持.运用盖尔曼这一模型可以把已知的全部基本粒子归类，并且还给未发现的粒子预留了位置，其中包括磁单极子、引力子和中间玻色子. http://
4神奇奥妙的夸克模型的提出
1964年，盖尔曼在坂田模型和“八重法”的基础上，进一步提出了更复杂的模型.他认为强子并不是最基本的粒子，而是由更小的粒子组成.他于这一年的2月在欧洲《物理学快报》上发表了一篇论文，题为“重子和介子的一个简略模型”宣称:“如果允许我们设想重子与介子的强相互作用能借助‘强子八重态’正确地描绘出来，我们就得寻求这一状况的某些更基本的解释.”于是盖尔曼设想SU(3基本表示的三重态应为3种夸克:上夸克u(up)，下夸克d(down)和奇异夸克子由3个夸克组成，介子由一个夸克和一个反夸克组成.夸克都是两两成对或三三成群，永远不可能单独地被观测到.它们之间的结合是靠交换胶子，胶子就相当于夸克间相互作用的量子，它们的作用和电磁相互作用中的光量子一样.夸克模型的提出，标志着现代物理学发展的一个重要里程碑.它不仅圆满地解释了八重法理论为什么能够成功地对粒子进行分类，给出了SU(3对称性的物理基础，而且使奇异数和同位旋有了更深刻的意义，如一个粒子的奇异数就是包含在它内部的奇异夸克S的数目.
夸克理论后来因实验事实的不断补充而得到了长足的发展.如聚夸克c(charm)、底夸克b(bottom)和顶夸克t(top)的相继提出.每种夸克具有3种颜色(红、黄、绿)的自由度.随着6种夸克的存在相继全部为实验所证实，现今物理学工作者已确信夸克和轻子层次是目前人类所达到的一个基本物理层次.这无疑又从另一个方面显示了盖尔曼夸克模型的重要地位.
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