第十一章 馬斯特·馬克的夸克(2)
超級對撞機化為泡影以後，粒子物理學家們的眼界放低了點。但是，即使是比較一般的項目的成本也可能相當驚人，要是與，哎呀，幾乎任何項目相比的話。有人建議在南達科他州萊德的一座廢礦--霍姆斯特克礦--建個中微子觀察站，其成本就高達5億美元， 還 不算每年的運轉費用。而且， 還 要花2.81億美元的"一般改建費"。與此同時，伊利諾伊州費爾米萊布的一個粒子加速器僅更新材料就要花費2.6億美元。
總之，粒子物理學是個花錢很多的事業--但又是個收穫巨大的事業。今天，粒子的數量已經大大超過150種， 還 有100種左右被懷疑存在。但不幸的是，用理查德·費曼的話來說："很難搞清所有這些粒子的關係，大自然要它們幹什麼，彼此有什麼聯繫。"每打開一個盒子的時候，我們總是發現裡面 還 有一個緊閉的盒子。有的人認為存在超光速粒子，其運動速度超過光速。有的渴望找到引力子--引力的根子。我們刨根問底兒已經刨到什麼程度，現在 還 很難說。卡爾·薩根在《宇宙》一書中說，要是你鑽進一個電子深處，你會發現它本身就是一個宇宙，使你回想起20世紀50年代的那些科幻故事。"裡面，大量小得多的別的粒子組成了相當於當地的星系和較小的結構，它們本身就是下一層次的宇宙，如此永遠下去--一個逐步往裡推進的過程，宇宙中的宇宙，永無盡頭--往上也是一個樣。"
對於我們大多數人來說，這是個不可想像的世界。如今，即使看一本有關粒子物理學的初級指南，你也必須克服語言方面的重重障礙，比如："帶電的π介子和反π介子分別衰變成一個μ介子加上反中微子和一個反μ介子加上中微子，平均壽命為2.603×10－8秒；中性π介子衰變成2個光子，平均壽命大約為0.8×10－16秒；μ介子和反μ介子分別衰變成......"如此等等--而且，這段話 還 是從（通常）文筆淺顯的作家斯蒂芬·溫伯格為普通讀者寫的一本書裡引來的。
20世紀60年代，加州理工學院物理學家默裡·蓋爾曼試圖把事情簡化一下，發明了一種新的粒子分類法，用斯蒂芬·溫伯格的話來說，實際上"在一定程度上使大量的強子重新變得一目瞭然"--強子是個集體名詞，物理學家用來指受強核力支配的質子、中子和其他粒子．蓋爾曼的理論認為，所有強子都是由更小的，甚至更基本的粒子組成的。他的同事理查德·費曼想跟多利那樣把這些新的基本粒子叫做部分子，但是沒有獲得通過。它們最後被稱做夸克。
蓋爾曼從小說《芬內根的覺醒》的一句話中取了這個名字："給馬斯特·馬克來三夸克(quarks)！"（敏銳的物理學家把storks或larks作為該詞的韻腳，儘管喬伊斯腦子裡想的幾乎顯然是後者的發音。1）夸克的這種基本的簡潔性並沒有持續很久。隨著人們對夸克的進一步瞭解，需要更細的分類。儘管夸克太小，不可能有顏色、味道或任何別的可以識別的化學特性，它們 還 是被分成六類--上、下、奇、粲、頂和底，物理學家們奇怪地把這些統稱為它們的"味"；它們又進一步被分成紅、綠和藍三種顏色。（人們懷疑，這些名稱原先在迷幻藥時代在加利福尼亞州使用過。這不完全是一種巧合。）最後，出現了所謂的標準模型。對亞原子世界來說，它實際上是一個元件箱。標準模型的組成成分是：6種夸克、6種輕子、5種已知的玻色子和1種假設的玻色子(即希格斯玻色子，以蘇格蘭科學家彼得·希格斯的名字命名），加上4種物理力中的3種：強核力、弱核力和電磁力。
這種安排其實說明，在物質的基本材料中有夸克；夸克由名叫膠子的粒子黏合在一起；夸克和膠子一起形成了原子核的材料，即質子和中子。輕子是電子和中微子的來源。夸克和輕子統稱為費密子。玻色子（以印度物理學家S.N.玻色的名字命名）是產生和攜帶力的粒子，包括光子和膠子。希格斯玻色子也許存在，也許不存在；這完全是為了賦予粒子質量而發明出來的。
你看得出，這個模型真是有點兒笨拙，但這是可以用來解釋粒子世界全部情況的最簡單的模式。大多數粒子物理學家覺得，正如利昂·萊德曼在1985年的一部電視片裡說的，標準模型不大優美，不大簡明。"它過於複雜，有許多過於武斷的參數。"萊德曼說，"我們其實不明白，為了創造我們都知道的宇宙，造物主幹嗎要轉動20個門把來設定20條參數。"實際上，物理學的任務是探索最終的簡潔性，而迄今為止的一切都亂成了美麗的一團--或者就像萊德曼說的："我們深深地感到，這幅圖畫並不美麗。"
標準模型不但很笨拙，而且不完整。一方面，它根本沒有談到引力。找遍整個標準模型，你找不出任何解釋，為什麼放在桌上的帽子不會飛上天花板。為了賦予粒子以質量，你不得不引入假設的希格斯玻色子，它是否真的存在，要靠21世紀的物理學來解決。正如費曼所由衷地認為的那樣："因此，我們對這個理論處於進退兩難的境地，不知道它是對的 還 是錯的，但我們確實知道它是有點兒錯的，或者至少是不完整的。"
物理學家試圖把什麼都扯到一起，結果想出來一種所謂的超弦理論。這種理論假設，以前我們認為是粒子的夸克和輕子，實際上都是"弦"--振動的能弦，它們在11維中擺動，包括我們已知的3個，維度再加上時間，以及7個別的維度，它們，哎呀，我們現在 還 無法知道。這種弦非常微小--小得可以被看成是點粒子。