2019年5月24日，“夸克之父”盖尔曼去世，享年89岁。24岁发现了基本粒子的一个新量子数---奇异数，28岁建立了正确描述弱相互作用的V-A理论，32岁提出了强子分类的八重法，35岁创立了夸克模型，40岁荣获诺贝尔物理学奖……这位个性鲜明的理论物理学家，在20世纪60至70年代初几乎主宰了国际粒子物理学的走向，令同时代许多聪明绝顶的同行黯然失色。
夸克模型诞生记
1964年一月，两篇关于强子分类的科学论文几乎同时问世：
一篇出自著名理论物理学家默里·盖尔曼（Murray Gell-Mann）之手，题目为“重子和介子的示意性模型”，于1月4日寄达《物理快报》（Physics Letters）编辑部，2月1日正式发表；
另一篇论文是由理查德·费曼（Richard Feynman）的博士研究生乔治·茨威格（George Zweig）在欧洲核子研究中心（CERN）访问期间完成的，题目为“强相互作用对称性及其破缺的SU（3）模型”，1月17日以CERN预印本的形式出现，但却从未正式发表。
50年后的今天，当我们回顾这两篇催生了夸克模型的经典文献时，不能不为它们各自的命运感叹不已。
默里·盖尔曼
茨威格在加州理工学院通过了博士学位论文答辩后，马上来到欧洲核子研究中心访问学习，并以最快的速度做出了上述关于强子结构的研究工作。他将组成强子并携带分数电荷的基本粒子戏称作纸牌中的“幺点”（ace），后者其实就是盖尔曼稍早几天提出的“夸克”（quark）粒子。按照CERN当时的规定，在那里工作的科学家应把他们的论文优先发表在欧洲的专业期刊；而年轻气盛的茨威格却坚持要将自己的研究成果投稿给美国的《物理评论》（Physical Review），为此他受到了来自CERN高层的强大压力。
冲动是魔鬼，茨威格一气之下决定放弃发表那篇日后被证明无比重要的论文。整整半个世纪过去了，茨威格的论文依旧只是CERN的预印本，有记载的引用率不足200次，而他本人也早已离开了基本粒子物理学界。假如茨威格当年及时把自己的“幺点”想法发表在欧洲物理学会主办的期刊上，那么毫无疑问，他一定早已成为大物理学家了。一个鲜为人知的事实是，他的导师费曼后来曾经向诺贝尔奖评委会提名盖尔曼和茨威格，强调他们二人在1964年所做的工作值得荣获这一最高科学奖项，但最终结果却不了了之。
与初出茅庐的茨威格相比，1964年的盖尔曼已经是一个享誉世界的中年物理学家了。作为茨威格的挂名导师之一，盖尔曼在1964年初独立地提出了核子是由夸克组成的束缚态的革命性思想。利用夸克的概念，盖尔曼能够轻而易举地解释强子的
SU（3）
对称性。
考虑到夸克这种假想的基本粒子具有非常奇怪的、不易为人所接受的分数电荷，盖尔曼并没有把他的论文投给美国的顶级物理学期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters），因为他觉得苛刻的审稿人很可能会随便找个借口拒绝这篇稿子。他宁愿选择将论文直接投给欧洲物理学会主办的《物理快报》，因为后者的名气小一些，所以审稿门槛也低一些。结果盖尔曼的这篇不足两页纸、标志着夸克模型正式诞生的短文很快就在《物理快报》期刊上顺利发表了，迄今为止它已经被国际同行引用1700余次，成为该期刊有史以来所发表的最成功的论文之一。虽然盖尔曼荣获1969年的诺贝尔物理学奖主要是由于他率先在粒子物理学中引入了SU（3）对称性，但对于普罗大众而言，他作为夸克之父的名声却无疑更加显赫。
盖尔曼和茨威格在建立夸克模型之初只假设自然界存在三种夸克，它们被命名为上夸克、下夸克和奇异夸克。1964年8月，美国理论物理学家詹姆士·比约肯（James Bjorken）和谢尔登·格拉肖（Sheldon Glashow）在《物理快报》发表论文，预言了第四种夸克的存在，并将它命名为“粲”夸克。10年之后，丁肇中和伯顿·里克特（Burton Richter）通过高能物理实验独立地发现了粲夸克。1977年，利昂·莱德曼（Leon Lederman）在美国费米实验室发现了第五种夸克，即“底”夸克。1995年，第六种夸克也在费米实验室被发现了，它就是标准模型中最重的基本粒子——“顶”夸克。
值得一提的是，日本理论物理学家坂田昌一（Shoichi Sakata）早在1956年就提出了一个类似于夸克模型的假说，即著名的坂田模型，其基本组分是质子、中子和Λ重子。中国科学家也曾在上世纪60年代中期提出过“层子”模型，它的基本思想与夸克模型有相似之处。
如今，绝大多数科学家早已放弃了物质无限可分的观点，理由其实很简单：既然在实验上根本无法制造出无限薄的“刀”，那么将物质无限“分割”下去的想法就不过是天方夜谭。
本文节选自《科学世界》2014年第4期
