理查德·泰勒（1929—2018）

編譯 博衍

理查德·泰勒Richard E. Taylor

理查德·泰勒因發(fā)現(xiàn)夸克（宇宙中最基本的粒子之一）而獲得諾貝爾物理學(xué)獎。

2 018年2月22日，出生于加拿大的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家理查德·泰勒（Richard E.Taylor）在加州斯坦福大學(xué)去世，享年88歲。1990年，他因發(fā)現(xiàn)宇宙中最基本的粒子之一——夸克——而獲得諾貝爾物理學(xué)獎。他所任職的斯坦福大學(xué)宣布了他的死訊，但沒有提及死亡的原因。

20世紀(jì)60年代末，夸克的發(fā)現(xiàn)是物理學(xué)上一件驚天動地的大事。它為標(biāo)準(zhǔn)模型理論的發(fā)展鋪平了道路，該理論是所有已知基本粒子和力的分類系統(tǒng)。

“在發(fā)現(xiàn)夸克之前，我們已經(jīng)知道了大量粒子，但不知道它們?nèi)绾谓M合在一起。”斯坦福大學(xué)高能研究教授馬丁·布雷登巴赫（Martin Breidenbach）在接受《斯坦福大學(xué)新聞報(bào)》采訪時(shí)說。其中有一種復(fù)合粒子被稱作強(qiáng)子。他介紹說：“由此獲得的標(biāo)準(zhǔn)模型可將已知的所有強(qiáng)子粒子，包括質(zhì)子和中子，建立在被稱作夸克的更基本的粒子之上。一旦弄清楚了這一點(diǎn)，就會終結(jié)整個(gè)大混亂局面?！?/p>

夸克屬于意料之外的發(fā)現(xiàn)，盡管泰勒博士和其他人發(fā)現(xiàn)夸克的實(shí)驗(yàn)是建立在先前的研究基礎(chǔ)上，尤其是另一位斯坦福大學(xué)物理學(xué)家和諾貝爾獎獲得者羅伯特·霍夫施塔特（Robert Hofstadter）的研究。

如同之前和之后的物理學(xué)家一樣，霍夫施塔特博士的研究旨在進(jìn)一步探索由歐內(nèi)斯特·盧瑟福（Ernest Rutherford）于20世紀(jì)早期首次發(fā)現(xiàn)的亞原子世界的內(nèi)部工作原理和架構(gòu)。盧瑟福博士發(fā)現(xiàn)，原子的原子核含有帶正電的粒子，他將其稱作質(zhì)子。他和追隨他的物理學(xué)家們都認(rèn)為它們是基本粒子。

霍夫施塔特博士希望測量出它們的大小，以了解原子核的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。他將電子對準(zhǔn)氫原子的原子核，并測量它們被偏轉(zhuǎn)的角度。該實(shí)驗(yàn)被稱為彈性散射，因?yàn)殡娮拥膭幽茉谙嗷プ饔弥惺鞘睾愕?。憑借此項(xiàng)研究，霍夫施塔特博士獲得了1961年諾貝爾物理學(xué)獎。

但要繼續(xù)對物質(zhì)和粒子的基本性質(zhì)進(jìn)行研究，還需要更強(qiáng)大的設(shè)備，所以斯坦福大學(xué)在聯(lián)邦政府的支持下，建立了斯坦福線性加速器中心（SLAC）。在1966年完工時(shí)，該中心擁有當(dāng)時(shí)全世界最強(qiáng)大的2英里（1英里約為1.6千米）長的電子加速器。

除此之外，泰勒博士還為SLAC配備了兩層樓高的光譜儀。這是一種根據(jù)質(zhì)量、動量和能量來識別粒子和原子的裝置，并且能夠追蹤它們在加速器中的軌跡。

SLAC的第一次實(shí)驗(yàn)是在彈性散射條件下進(jìn)行的，但是它們沒有得到新的見解。之后，加速器被用來執(zhí)行所謂的深度非彈性散射。在該實(shí)驗(yàn)中，用電子轟擊質(zhì)子和中子，使電子的部分能量轉(zhuǎn)移到更大的粒子上，有時(shí)將它們散射，從而使電子發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

此前，科學(xué)家曾使用功率更低的加速器開展此類實(shí)驗(yàn)，但未能獲得任何有趣的發(fā)現(xiàn)，這是因?yàn)閹缀鯖]有粒子失去能量并發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

在SLAC開展的許多非彈性實(shí)驗(yàn)都是由泰勒博士領(lǐng)導(dǎo)的，這些實(shí)驗(yàn)在非常大的角度上產(chǎn)生了大量粒子散射，遠(yuǎn)比之前預(yù)測的要多得多。

起初，科學(xué)家們認(rèn)為他們得到的結(jié)果是不正確的，或者認(rèn)為此前的解釋是錯(cuò)誤的，但是這些數(shù)據(jù)最終得到了證實(shí)。電子發(fā)生偏轉(zhuǎn)的數(shù)量，以及它們偏轉(zhuǎn)的寬角度表明質(zhì)子并非是實(shí)心的——它們有自己的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

前SLAC負(fù)責(zé)人、斯坦福大學(xué)現(xiàn)任教務(wù)長珀西斯·德雷爾（Persis Drell）向《斯坦福大學(xué)新聞報(bào)》介紹說，泰勒博士和他的同事們開展的實(shí)驗(yàn)表明質(zhì)子就像“帶小氣泡的果醬”（夸克），而不是像“光滑的電荷凝膠”。

在這些實(shí)驗(yàn)之前，人們普遍認(rèn)為質(zhì)子和中子是基本粒子——也就是說，它們不能再細(xì)分了。泰勒博士在他獲諾貝爾獎的演講中說道：“我認(rèn)為當(dāng)時(shí)不會有人鄭重其事地質(zhì)疑質(zhì)子的基本特性?！?/p>

理查德·泰勒（左一）和其他來自斯坦福大學(xué)的諾貝爾獎得主一起，祝賀他們的同事道格拉斯·奧謝羅夫（左二，Douglas Osheroff）獲得1996年諾貝爾獎

然而，也有人持有異議。美國物理學(xué)家、后來的諾貝爾獎得主默里·蓋爾曼（Murray Gell-Mann）便是其中之一。他是為這種粒子命名的人，該名稱取自詹姆斯·喬伊斯（James Joyce）的《芬尼根的守靈夜》中的一句話：“沖馬克王叫三聲夸克！”他在1964年提出，像夸克這樣的物質(zhì)可能確實(shí)存在。

泰勒博士與麻省理工學(xué)院的兩位物理學(xué)家杰羅姆·弗里德曼（Jerome I.Friedman）和亨利·肯德爾（Henry W.Kendall）共同分享了1990年諾貝爾物理學(xué)獎，他們也曾與泰勒博士一起在SLAC開展實(shí)驗(yàn)。

泰勒博士認(rèn)為，還有許多人也應(yīng)該分享這一殊榮，其中包括從SLAC成立至1984年一直擔(dān)任負(fù)責(zé)人的沃爾夫?qū)づ林Z夫斯基（Wolfgang K.H.Panofsky）。他曾是加速器建設(shè)的主要推動力量，還是4項(xiàng)不同實(shí)驗(yàn)的管理者，而正是這些實(shí)驗(yàn)為相關(guān)物理學(xué)家?guī)砹酥Z貝爾獎。

泰勒博士在2008年接受諾貝爾研究所的采訪時(shí)說：“共有20人參與了那項(xiàng)實(shí)驗(yàn)（他指的是他們在深度非彈性散射方面的研究），40人參與建造該裝置，還得到了另外40名工程師和技術(shù)人員的支持，所使用的加速器則是由上千人建造而成?！?/p>

他表示，將科學(xué)獎?lì)C發(fā)給更多的人是“承認(rèn)這項(xiàng)工作不屬于個(gè)人，而是屬于一大群人”。

1929年11月2日，泰勒出生在加拿大阿爾伯塔省梅蒂遜哈特市，父親是加拿大人，母親是美國人，祖父母分別是北愛爾蘭和蘇格蘭移民，外祖父母則是挪威移民。

小時(shí)候，泰勒夢想成為一名外科醫(yī)生。但在讀中學(xué)時(shí)，他在家中的地下室里意外地炸毀了一個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，失去了左手的食指、部分中指和部分拇指。他回憶說，當(dāng)時(shí)一名外科醫(yī)生對他說，人們不會去找沒有手指的外科醫(yī)生看病，所以他不得不放棄。于是，他轉(zhuǎn)而學(xué)習(xí)科學(xué)。

雖然他因?yàn)槔∥牟患案穸鴽]有獲得高中學(xué)位，但仍然得到了阿爾伯塔大學(xué)的青睞，他在那里攻讀了為期4年的物理學(xué)榮譽(yù)課程。但在第三年末，他病倒了，被迫住院接受治療，并因此中途放棄該課程。最后，他獲得非榮譽(yù)學(xué)士學(xué)位，之后又獲得碩士學(xué)位。

泰勒博士在阿爾伯塔大學(xué)的成績一般，他曾申請加州大學(xué)伯克利分校的博士學(xué)位，不過被拒絕了，但斯坦福大學(xué)物理系還是錄用了他。

泰勒博士在斯坦福大學(xué)的高能物理實(shí)驗(yàn)室一直工作到1958年。當(dāng)時(shí)法國巴黎高等師范學(xué)院的物理學(xué)家邀請他去巴黎，他們正在奧賽建造一個(gè)加速器，希望在專業(yè)上得到他的幫助。泰勒博士在那里待了三年，積累了一些經(jīng)驗(yàn)。這些經(jīng)驗(yàn)幫助他在日后建立了SLAC。

從法國回來后，他在加州大學(xué)伯克利分校工作了一年，之后又重返斯坦福大學(xué)。在那里，SLAC的建設(shè)才剛剛起步。他在斯坦福大學(xué)度過了余生，并一直住在校園里。

20世紀(jì)70年代，泰勒博士繼續(xù)在SLAC工作。1978年，他的努力得到了豐厚的回報(bào)——證實(shí)了史蒂文·溫伯格（Steven Weinberg）、謝爾登·萊斯·格拉肖（Sheldon Less Glashow）和阿卜杜勒·薩拉姆（Abdus Salam）提出的革命性理論，即假設(shè)粒子的能量水平極高時(shí)，宇宙中4種已知力的弱相互作用和電磁相互作用是同一種力（被稱為電弱力）的兩個(gè)方面。這一理論非常重要，因?yàn)槿绻蛔C實(shí)，就將為一個(gè)長期尋求的統(tǒng)一理論提供重要的基礎(chǔ)，從而能夠解釋宇宙的所有工作原理。

泰勒博士在他設(shè)計(jì)的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中證實(shí)了這一理論，該實(shí)驗(yàn)的精確度比以前高。該實(shí)驗(yàn)證明，在宇宙歷史的某個(gè)時(shí)刻，存在3種，而不是4種力。溫伯格博士、格拉肖博士和薩拉姆博士在第二年獲得了諾貝爾獎。

泰勒博士非常務(wù)實(shí)。他認(rèn)為自己是物理學(xué)的實(shí)驗(yàn)者，而非理論家?！拔业墓ぷ魇菍κ挛镞M(jìn)行測量，并確保測量結(jié)果正確，”他在2008年諾貝爾獎采訪中說，“要理解為什么事物是我在做實(shí)驗(yàn)時(shí)看到的那個(gè)樣子，這是理論界的工作。所以我不會到處說是我發(fā)現(xiàn)了夸克，我要做的是告訴你電子如何從質(zhì)子中散射，而你要告訴我的是里面的什么東西散射了電子。我并沒有責(zé)任對后者進(jìn)行解釋?！?/p>

泰勒博士身后遺留下在大學(xué)期間與其結(jié)婚的妻子麗塔·博諾（Rita Bonneau）和他們的兒子泰德（Ted），其他身后人的信息不詳。