高能物理历史札记

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1，X射线的实质
伦琴发现X射线时，距离麦克斯韦完整论述电磁场理论已经20多年了，但仍有相当一部分前沿物理学家，不仅是实验物理学家，并不是完全掌握了电磁场理论。
例如，伦琴、伟大的统计物理学家玻耳兹曼、FitzGerald、Lodge等人，都倾向于认为X射线是作为光的传播介质的以太的纵波。
伟大的洛仑兹也含糊不清，只有汤姆逊等少数人正确理解为作为横波的光。

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x射线的发现纯属偶然，因为伦琴及其助手，只是在研究当时很流行的阴极射线，当然是受到赫兹及其学生勒纳的工作的吸引。当时他们所使用的鲁姆科夫感应线圈和西托夫真空管，只要一开机，就都已经在产生X射线。只是不幸的是，勒纳甚至也用上了荧光物质和发现了照相底片被曝光，但他却不知出于何种考虑，而使用了厚厚的铅材包裹真空管，而幸运的伦琴只是简单地用黑纸板！

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2，贝克勒尔并非偶然的狗屎运
据贝克勒尔在1903年的回忆，他在伦琴于1896年1月1日公开其发现X射线的论文20天后，法国科学院针对此发现而召开的会议上，深受激励，他运用其实验家的思维方式，与会议的报告者彭加勒有大致如下的一段对话：

贝：伦琴的射线是从哪里发射出来的？
彭：真空管壁上的最亮的荧光点，应该就是X射线发射出来的源头。
贝：X射线是否来自荧光物质的照射激发？是不是其他荧光物质，只要被照射，就可以发出X射线呢？

贝的这个推测估计是和彭想到一起了，10天后彭写了篇文章，提出：是不是不管什么荧光，只要强度够高，就会产生X射线？
也有可能想到这点的，并不只是贝克勒尔一个人。很快，就有了很多人去找各种能够发荧光的物质做实验，试图发现X射线，甚至有人收集萤火虫。。。

贝克勒尔想到当然就动手！托祖上之福，他在采用某些磷光物质失败之后，马上选择了铀盐，因为从他祖父开始，就研究荧光现象，而他父亲恰好研究过铀盐，他自己在15年前就因此而制作了很好的铀盐片（磷酸铀铣钾）。
贝克勒尔的运气还不仅仅是这些。
他的第一次实验是仿照伦琴的思路，用太阳代替阴极射线，暴晒铀盐和被黑纸包裹的底片，结果不甚稀奇，底片被曝光了。
第二次实验，很不凑巧，巴黎连续阴了好些天，没有了太阳的暴晒，贝克勒尔可能是心不在焉，也可能是别的什么原因，总之是不可考了，他仍然拿出底片冲洗，很震惊的发现，没有太阳也一样！
于是，开启20世纪的原子核放射性就这样被发现了，看似纯属偶然，但，也是必然。
因为一切工具和材料，都已经是现成的了。

所以，尽管X射线和放射性，完全是牛马不相及的两回事，但是，为了研究甲，而突然发现乙，这样的戏剧性情节，在现代物理学史上，并非孤例！倒是很常见呵呵！
所以，尽管LHC马上要开机，大家都等着找到希格斯子，但内心也对发现点什么别的从未预计到的什么，也是有所期待的。
这其实是一种谦逊的美德

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3，居里夫人是真正伟大的物理学家。
为什么这么说呢？不要说她是女性，然后假惺惺地说一个女性如何如何...忘记她的性别，作为一个物理学家，她确实是伟大的。因为，她敏锐地盯住了放射性现象。
要知道，即使贝克勒尔的发现轰动一时，但也远远不及X射线的发现所带来的后续研究热潮。因此，没多久，就没有多少人再关注铀的放射性现象了，包括贝克勒尔本人，他也干别的（塞曼效应）去了。
但这时，居里却对她丈夫说，“研究这种现象对我好像有特别的吸引力...我决定做这个...为了超越贝克勒尔的工作，我必须采用定量的方法。”
她一定是感觉到了放射性现象里面隐藏了远超出时人想象的秘密。

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4，居里夫人的惊人洞察力
不追风还只是居里夫人的第一个超越众人的表现，她的伟大随后就接踵而至。
既然是要定量研究，居里夫人很自然地选择了电学研究路径，即在一个电磁学研究环境中来研究放射性，因为当时已经能够做到非常精确地测量各种电磁学量，而贝克勒尔式的用照相底片做曝光实验，没法定量。
于是她模仿了当时汤姆逊（J.J.Thomson）用来研究X射线的一个实验设计：用一个8cm直径的平板电容，在其板上抹上一层具有放射性的铀盐，由于猜想放射性会类似X射线那样，导致电容漏电，就可以通过测量漏电率来把放射性的强度给定量下来。
放射性确实能够使得电容漏电，所以这个实验很顺利。居里夫人用的平板电容，其两块平板间距3cm，之间加上的电压为100伏，再弄一台静电计，就可以很好地做这个实验了。
通过不断地在平板上抹不同的物质，很快，居里夫人就得到了明确的结论：
（1）除了各种铀盐，钍的氧化物也具有放射性，因此，“放射性”这个概念第一次被明确起来，即，不是铀的某种特性，而是一种广泛的很多物质都具有的自然现象：发射出同一种射线。
（2）放射性来源于物质的自然发射，该物质含量越多，放射性强度就越大。尽管居里夫人还不能肯定这是一种正比关系，（因为放射性强度还会受到抹到板上的放射性物质厚度的干扰），但她立刻地、毫不犹豫地，仅仅在9个月的时间里就得到一个结论：放射性是来自单个原子的特性。这是一个物理学历史上无比伟大的直观结论！
（3）甚至在她的第一篇关于放射性的论文里，她就指出：放射性是一种发现新物质的方法。尽管得到这个结论的直接来源，是因为她发现一种沥青铀矿具有的放射性强度远远超过金属铀本身，导致她不得不怀疑是另一种新的物质，或者更加直接地说，是一种新的元素，具有比铀更强的放射性。但这个思路里面隐含的概念就是她在9个月后明确宣布出来的结论（2），放射性是一种单个原子层面的现象。

要明白这个直观何以伟大，只要知道当时几乎所有前沿的物理学家，都以为贝克勒尔所发现的铀盐放射性，大概和X射线一样，又一种光线而已！
例如，几乎一直正确的S.P.Thompson，毋庸置疑地伟大的彭加勒，等等。。。

[yijun]

想起应该给这个系列写一个序之类的，补上。
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从某一个角度上看到话，会发现我们人类身处这个宇宙的一个极端：
这个宇宙里面能量的极小变化，只对人类的生命自身有意义，所有的生命，特别是人类的大脑，都只能在极小的温度范围内，才能正常存活；而极小的能量变化，也只有在物质组成从分子到生物大分子、以至于细胞和生命体系的序列中，才是具有决定性意义的。
然后，当我们从自身存在所处的这个物理处境，往更大的能量变化的地域看过去，就看到了失去外层电子的离子，看到了原子核，看到了质子中子电子光子...同时，也看到了太阳系、黑洞、伽玛爆、银河系、本星系团、本超星系团、...一直到我们现在的物理学所能想象的能标极大处-普朗克能标，大概是10的19次方千兆电子伏特。

所以，从能量的意义上，人类自身其实处于宇宙的一个极端：能量标度极小的场合。
那么高能物理，就是人类从自身的能标极小朝向能标极大的目光之延伸。

这个系列，就是试图叙述我们目光延伸过程中的那些重要的事情。

先比较随意地写，以后再考虑写得更仔细完整。

[yijun]

5，卢瑟福上场
要理解居里夫人的超群之处，就得明白当时的知识状况。
在卢瑟福上场之前，大家还都不知道原子到底是什么，只知道物质都是由原子组成，而原子只是一种抽象的物质基元，就像积木块，呃，这是2千多年前古希腊人就已经提出来的，科学革命迄至当时，只是进一步发展了元素的概念，然后基于元素、原子的观念，发展了化学。
化学嘛，就是瓶瓶罐罐，运用物质量（摩尔数）的概念，精确测量反应物比例，拿煤油灯酒精灯就可以烧出来的科学，呵呵，没有贬低的意思，只是说，化学所涉及到的能量大小，只是我们日常生活中常用的能量大小，今天我们知道，就是仅仅足够打碎分子的能量。
也就是出于这样一个知识基础，居里夫人提出放射性来自单个原子的属性，这是一个极其大胆的猜测！因为那时候，对于单个原子的属性，可以想象的，还只有质量、离子电荷（化学价），再来一个在电磁场里面可以测量到的质荷比，这些量，都不涉及原子的内部结构的概念，而只是把原子当成忽略其内部结构的小球即可。几乎同时，电子的概念，尚处于若明若暗之中。
放射性，当时也不明确到底是某种光，还是其他什么奇怪玩意，如果要理解为单个原子的属性，则显然只有基于原子的结构理论，才能加以理解。
接下来，就该以卢瑟福为主角了。

居里夫人做出前述判断之后，剩下的工作，就是验证她的直观，那就是，既然观察到一些原料里面发射出的放射性强度是铀的好几百倍，那就肯定是某种新的元素，那我就把它们分离出来给你们看！
然后，她就从沥青等原料里面熬出来了钋和镭。
1934年7月4日，居里夫人死于因长期辐射和劳累导致的贫血症，时年66岁。

[yijun]

我得写得更详细些，使得文科背景的同学也能完全看懂，和我一直走到现代物理学对这个物质世界最深刻最激动人心的理解。。。
也就是欧洲粒子实验室马上就要开撞的大强子对撞机LHC和对普朗克能标物理世界进行理解的几条路径如超弦、圈引力等等。
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[yijun]

6，基本粒子就在我家里
卢瑟福是该上场了，但，在我讲述他眼花缭乱地玩弄阿尔法射线以探测原子内部结构之前，得花开又一枝，讲讲就住在我家的基本粒子。

何谓基本粒子？就是我们现在不知道其内部结构的粒子。
一个乒乓球，如果你不知道它的内部结构，只知道外面看起来，是带色的，不是很重。。。那你也可以称呼它是基本粒子。
可惜的是，你还看到什么别的东西，是由乒乓球垒起来的吗？
没有？没有那就没意思了。
除了乒乓球，我们每个人的每天，都与至少两种基本粒子直接生活在一起，光子和电子。
你每天早晨睁开眼睛看到了新的一天，那就是光子射进你的眼睛，打到你的眼球视网膜上了...
然后你抓过手机，看到一条新短信，那就是光子射到你的手机，带动你的手机肚子里面的电子流动，连锁反应直到你看到短信显示在屏幕...
但是，你会说，我哪里看到了什么基本粒子，什么光子电子啊。。。
是的，你没“看到”。在我们的日常生活中，有无数的角色，都是我们直接看不到的，除非我们使用更高的能量，更精巧的技术，才能逼迫它们单独地闪亮现身于无比繁杂的存在之舞台，更主要的是，现身于你眼前！

[yijun]

先不说光子。
尽管光出现在我们日常生活当中的几乎每个地方，但人类自从学会使用火来烧烤牛排以来，就没有人敢于拿手指放到油灯上燃烧，那一点光，足以猝然终止你的手指上的一切生命活动，使得一切成为碳，成为灰！因此我们一出生就默认了，光，以及发光的物体，都涉及到“高能”的过程，这个所谓的高能，当然就是指相对我们自身生理活动的能量水平，例如你再发高热发高烧，都发不出火与可见光来。。。萤火虫？先不管。
确实，要迫使光线在我们眼前的表现像单个粒子，观念上，是一直到随后几十年里才逐渐被迫接受的观念；实验上呢，更是一直到20世纪后半世纪，人类发明激光之后，才能在实验室真正实现的实验。
历史上，最先被迫以粒子形式现身的，是电子。