强力

汤川的核力理论

从本世纪开始，物理学家搜集到越来越多的证据，说明原子并非构成我们这个宇宙的最小砖瓦。在原子内部，还有一个微妙而复杂的新世界，在原子的中央，有一个极小的、类似于太阳系中的太阳一般的东西，人们叫它为原子核。原子核的外围，有一些更微小的电子沿着复杂而恒定的轨道，绕原子核不停地高速旋转着，犹如行星绕太阳一般。原子核虽小，可它集中了原子核质量的 99％以上。原子核的结构是由质子和中子两种粒子组成。物理学家把它们统称为核子，意即构成原子核的粒子。质子带正电荷，中子不带电荷。

那么，究意是什么力把质子和中子紧紧地箍在一起呢？究意是什么力量抵消了质子之间的巨大库仑斥力呢？这个神秘的力量就是原子核中的核力。直到本世纪 30 年代初，有关核力的问题依然是一个难解之谜。有一个名

叫汤川秀树的日本青年，认真研究核力的奥秘。他终于发表了有意义的新见解，随后又为实验所证实，把这个难题之解大大向前推进了一步。

起初汤川想，也许是电子在原子核中起作用吧！电子会像胶水一样，把质子和中子粘合在一起。他花了一年的时间，反复钻研这个问题，最后发现这种想法是错误的。汤川没有因此灰心，他想，既然此路不通，其中必有新的奥妙。屡屡失败，说明以往的习惯想法不足以解决问题，必须从一个全新的角度来考虑核力的起源。

汤川详细地分析了核力的性质之后，发现核力是过去还不曾认识到的、一种全新的自然力。它很强，足以把质子和中子牢牢地紧箍在一起。它的作用范围非常小，只限于原子核这样微小的空间范围内，所以在原子核外面感受不到核力的影响。

汤川紧紧盯住一种新的、未曾被人认识的自然力这一想法，继续探索下去。即然自然力都应该是交换某种量子而传递的，而已知的质子、中子、电子、中微子，都不可能作为传递核力的媒介，那么，这之中很可能隐藏着我们未曾发现的新粒子，在质子和中子之间进行交换，从而引起了胶合核子的作用。

这时，汤川的思想已从过去的失败中变得清晰了。他仿佛已经抓住了解开谜底的钥匙，继续向传递核力的机理思考下去：如果真的存在这种新粒子， 那么它将有着怎样的性质呢？为此，他又辛勤地研究了一年光景，他模仿电磁力传递的机理，从数学分析入手，终于在 1935 年得出了物理学上又一个惊人的结论：

传递核力的这种新粒子没有自旋；

它可以带电，也可以不带电，即与电荷无关；

新粒子有质量，其质量大约在 200～300 个电子质量之间。

汤川为他的预言的这种新粒子取了一个名子，叫“重量子”，因为它与传递电磁力的光量子相比，是很重的。后来，人们又把这种粒子叫“介子”， 因为它的质量介于质子、中子和电子之间。在 1935 年底的日本数学物理学例会上，汤川宣读了自己的论文：《论基本粒子间的相互作用》。

就在汤川提出介子理论不久，正巧物理学家玻尔来日本访问，他认为汤

川的预言是不可靠的。就在汤川找不到权威物理学家支持自己论点的时候， 已经有几位研究宇宙射线的物理学者，捕捉到了这类粒子的踪迹。有一位叫安德森的美国物理学家，观察了好几年宇宙射线穿透物质的性质，1937 年， 他果然在宇宙射线中发现了一种质量介于电子和质子之间的粒子。消息传开了，物理界极为振奋，看来汤川的理论是正确的。玻尔也以严谨的科学态度给汤川写信致歉。

但是安德森是否真发现了汤川所预言的介子呢？经过仔细分析原来是一场误会。人们本来期待着这种介子能传递核力，可它在核子中穿行根本不理睬千千万万的原子核，而是在经过一段行程之后，本身衰变成电子和中微子， 犹如β衰变一般。这使汤川的理论面临着严峻的考验。

到了 1942 年，又有一位支持汤川理论的青年物理学家坂田昌一针对安德森发现的新粒子不传递核力的情况，进一步提出了两种介子的理论：安德森从宇宙射线中发现的新粒子，是几乎不与原子核发生作用的μ介子；大自然中一定还存在着一种传递核力的π介子。

时间又过去了漫长的五年，一位英国物理学家鲍威尔和他的同事，通过一种核乳胶技术，用气球悬置于大气层上空，侦察到了一种新粒子的径迹。这种粒子的质量为电子的 273 倍，它与原子核有很强的相互作用，恰好是汤川秀树所预言的粒子。

走过了一条曲折的道路，新的核力理论终于证实了。1949 年，汤川秀树获得了诺贝尔物理学奖金。次年，鲍威尔也获得了这一荣誉。新粒子被命名为π介子，π介子起着质子和中子之间交换力的作用。人们还弄清了，10 年前发现的μ介子是π介子衰变后的产物。