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1995 年 3 月 25 日 · 第 7 版

本页目录(5 篇)

认识顶夸克

【台湾《经济日报》3月12日文章】题:认识顶夸克
    美国费米实验室已正式宣布,发现物质组成中第六种、也是最后一种夸克(Quark)——顶夸克(TopQuark)。这项物理学上的重大发现,证实粒子物理理论模型,也让科学家藉以了解顶夸克性质、了解大自然和物质的起源。至于这项发现是不是会像发现质子、中子,对人类生活产生重大影响,仍有待观察。
    夸克是比质子、中子更微小的物质组成基本粒子。在60年代以前,物理学界认为质子、中子是最小的物质组成粒子。
    不过,1963年美国物理学家盖尔曼、兹维格提出物质组成的新理论,主张当时科学家所认知构成物质的最小粒子中子、质子等,是由更基本的粒子“夸克”所构成,并提出三种夸克,分别命名为上夸克、下夸克、奇夸克,例如,质子是由两个上夸克与一个下夸克及胶质组成。
    唯有在粒子物理学家建构的实验室中,才能感觉到夸克的存在。夸克构成质子、中子,而质子、中子又存在于我们周围每一种物质中,但是夸克并不会自然、独立存在于自然界中。
    当粒子(电子或质子)以极高的速度(接近光速)发生碰撞时,才有可能产生“夸克”这样的基本粒子。而且由于碰撞产生的夸克能量相当高,它很快就会衰变成其他物质。因此,只有在实验室中,以粒子加速器将电子或质子加速,并使它们在高速下发生碰撞,同时以极精密的仪器进行测量,才能推论出夸克的存在。
    经由实验观测与理论推算,科学家认为夸克应该有六种。科学仪器的改进,帮助科学家发现其他的夸克。因为,粒子加速器能量不断提升,测量仪器功能不断改善,粒子碰撞瞬间的速度、能量愈大,测量仪器愈精密,也愈容易捕捉到瞬间即逝的信号,则产生新粒子的可能性愈高。
    1963年后,科学家陆续发现第4、5种夸克,其中“粲夸克”是由华裔科学家丁肇中领导的研究群在1974年发现。三年后,李德曼领导的研究群又证实“底夸克”的存在。寻找最后一种夸克,便是19年来粒子物理学家努力的方向,只有证实顶夸克的存在,粒子物理学理论才能获得验证。
    顶夸克的质量超过科学家的推测。顶夸克的质量大约是质子质量的二百倍,依照相对论的质量与能量转换公式,以质子对撞方式产生顶夸克,必须使质子以极高的速度运动,速度愈快、能量愈高,碰撞的瞬间才能产生顶夸克。
    费米实验室的加速器周长有6.3公里,使用一千个超导磁铁,把质子与反质子加速到各具有9000亿电子伏特的能量后,进行对撞,平均要一兆次的对撞才可能观察到一次顶夸克。
    顶夸克出现后,“随即”消失。实验显示,顶夸克出现后,便在10的负24次方秒(观察者还来不及眨眼的瞬间)衰变成其他粒子。
    顶夸克的发现,验证了粒子物理的理论模型,但是一般人既感觉不到它的存在,也不会因为它的发现生活立刻受到影响。不过,类似的粒子物理学基础研究有初步成果发表时,实用价值往往并不明显,但绝对具有极高的学术价值。例如,科学家在原子核内发现质子、中子时,也不能预知后来会利用核分裂、核融合来产生能量。
    参与这项研究的华裔高能物理学家叶恭平说:“宇宙刚开始瞬间,只是基本粒子存在的状态,找齐六种夸克等基本粒子,将可以协助科学家回溯宇宙的初始阶段。因此,可以知道宇宙由过去到未来的演化历程。”

转瞬即逝的110号元素

【香港《大公周刊》2月4日一期文章】题:寿命不足千分之一秒的110号元素(作者王永年)
    去年年底,欧洲传来的消息:曾经多次发现新元素的德国达姆施塔特重离子加速器中心,又一次发现了新元素,在周期表上的编号是110。7年前,苏联的杜布纳核子研究中心,也宣布过类似的发现,但没有得到肯定。低能聚变瞬息即逝
    由德国物理学家安布鲁斯特领导的一个小组,利用镍原子轰击作为靶的铅原子,从产物中检测到新元素110号的存在。这个小组成员包括俄罗斯、斯洛伐克和芬兰的科学家,他们对新发现作出了贡献。新元素的寿命极短,半衰期少于一毫秒。产生新元素的核反应并不容易实现,必须严格控制条件,在大量的实验中,只能找到少数成功的事例。安布鲁斯特领导小组在80年代已经发现了110号之前的三个元素,即107、108和109号元素。这些元素存在的时间都很短,只有千分之几秒。它们产生的方法也很相似,选择适当的靶原子和轰击原子,严格控制轰击条件,让他们实现聚变反应产生新核。
    现在已知自然界天然存在的元素只有94号元素钚之前的94种,其中钚和镎(93号)只有痕迹量存在,95号之后都是人工核反应产生的元素,这些元素的寿命多数很短,而且似乎编号(原子序数)越大,寿命越短。以数命名平息纷争
    107、108和109号元素,已获肯定,为什么没有像我们熟悉的那些元素,有一个名字呢?这一件事说来有一段“古”,可能同当年美苏争霸有关。
    60年代,当时世界上两大核子研究中心,苏联的杜布纳研究所和美国的劳伦斯—伯克利实验所,他们先后发现了104号元素,苏命名为本国核物理学家库尔查托夫,美命名为卢瑟福(英物理学家)。1970年,这两大研究中心又分别发现了105号,苏联用丹麦物理学家玻尔来命名,美国则用德国科学家哈恩命名。
    就在两个大国争持不下时,国际化学会通过了一项决定,104号元素之后不再用国名、人名来命名,改用该元素编号的拉丁文数词加词尾ium命名,例如107号元素就叫UNNILSEPTIUM,由拉丁数词UN(1),NIL(0)和SEPT(7)加IUM组成,中文译为107号元素。

防爆集装箱

【西班牙《趣味》月刊1月号报道】题:防爆集装箱
    英国航空航天公司下属的皇家军工厂研制出一种可承受内部炸弹爆炸的航空行李与货物集装箱。
    这种集装箱采用一种有扩张力的特殊镶板,以抵消冲击波。在集装箱的外围纵横交错地用皮带形的镶板加固,这样爆炸时集装箱变形,但箱壁不会四分五裂。另外,集装箱底部的排气孔可以缓缓释放内部气压,避免集装箱破裂。目前,两家航空公司已用这种集装箱进行了爆炸试验。中东的一些私营空运公司已订购了防爆集装箱,以防范恐怖分子破坏。普通集装箱爆炸后,箱壁四分五裂,货物撒落一地。防爆集装箱内部爆炸后,箱壁隆起,但完好无损。

现代猪圈----智能绿色屋

【法国《科学与生活》月刊2月号文章】题:“智能绿色屋”
    由国家农业机械、农业工程、水利及森林中心设计的“智能绿色屋”,在盖尔内韦兹投入使用。这是为改进养猪技术而设计的“饲养室”。饲养室的设备(拌水饲料供应机、通风机等)历来是由各家公司提供的,混杂的设备使人们无法全面了解饲养情况。
    因此,人们对智能绿色屋进行了革新:把设备同一个能够交换数据的网络连接起来,人们能够很快根据集中的数据作出决定。另一个改革是对每头猪单个管理。检验系统是智能绿色屋的主要部分。每头母猪身上都有一个微型收发报机(颈圈或耳环)。装置在饲料槽、地秤、便门上的天线可接收有关数据。因此,人们可以确定猪的饲料消费量和猪的重量,观察猪的病理状态,控制猪的繁殖和减少损失。

提醒『司机留神』装置

【英国《星期日泰晤士报》1月22日文章】题:使司机头脑保持清醒的微型芯片表带
    英国运输部的实验室将测试一种避免司机在行驶中睡着的装置,这种装置可望一年内上市。
    这一称为“司机留神”的系统,目的是为了对付由于疲劳而造成的致命交通事故。此装置还能用于航班飞行员,有助于减少由于飞行员疲劳而造成的失误事故。
    由德里克威廉姆斯博士发明和申请专利的这一系统,制作成一个计算机化的表带。司机和飞行员把此装置带在手腕上,在行驶中每隔4分钟它就会发出声响。声响发出后,司机必须作出握紧方向盘的反应。表带上的传感器通过腕部肌肉中的电子脉冲检测这一反应动作,测出从发出声响到司机作出反应的间隔时间。
    司机反应慢时,此装置会发出频率加快、更大的声响,提示司机开窗或停车休息。如果司机反应更为缓慢,发出声响的频率更快,最后直至响个不停的声响警告司机必须尽快停车。