“啤酒之花”與氣泡室

　　1952年的一天，美國物理學家格拉塞在緊張工作之余，打開了一瓶啤酒，看見冒出的一串串氣泡漸漸消失了。格拉塞不禁有了這樣一個問題：難道再也不能產生氣泡了嗎？
　　于是，他隨手將一粒沙子扔進啤酒瓶，只見沙子下沉時，周圍又不斷產生出氣泡；他又扔下一小撮沙子，啤酒像沸騰了似的產生出大量氣泡。要知道，啤酒中的氣泡是壓力作用下溶在啤酒里的二氧化碳氣，一旦打開瓶蓋，壓力減低，二氧化碳氣就從啤酒中逸出。剛冒完氣泡的啤酒還處在不穩定狀態，遇到沙子的擾動，就會繼續產生氣泡。
　　沙子使啤酒繼續產生氣泡的現象，就如暗夜里驟然亮起一星耀眼火花，點燃了格拉塞的靈感——何不將“沙子投入不穩定狀態啤酒液，能激發啤酒液再度釋放二氧化碳氣泡”這種現象轉用到：如何捕捉射進液態氫中的帶電粒子的實驗中去呢?
　　格拉塞高興地跳了起來，迅速投入了新一輪的實驗中。這一回，他用透明的液態氫代替啤酒，用耐高壓的密封容器代替啤酒瓶……
　　實驗非常成功。當原子核釋放出的高能帶電粒子流穿過“啤酒瓶”時，沿途的液態氫像沸騰了一樣，產生了許多小氣泡，使粒子的飛行軌跡清晰可見。由此實驗，格拉塞終于制造出劃時代的專門用以測量高能粒子流運行軌跡的“氣泡室”，并因此榮獲了1960年度的諾貝爾物理學獎。
　　氣泡室實質上是一個液體容器，其中液體的溫度高于這種液體的沸點。這時，液體處于高壓狀態，所以它實際上并不沸騰。但是，如果壓力降低，液體就會沸騰，并在液體中出現蒸氣的氣泡。
　　假定有一個像質子或介子這樣的亞原子粒子沖進這樣一個氣泡室的液體中，它就會同液體中的原子和分子發生碰撞，并把自己的一部分能量轉移給它們。因此，在這個液體中，亞原子粒子經過的路線上的原子和分子就會比其他原子和分子稍稍熱一些。這樣，如果降低液體所受到的壓力，蒸氣的氣泡就會先沿著亞原子粒子途徑上留下能量的那條路線形成。因此，就會有一條可以見到的氣泡軌跡指示出那個粒子是從哪里經過的，這種徑跡很容易拍成照片。
　　這種可見的徑跡可以告訴物理學家許多情況，要是氣泡室放在強磁體的兩個磁極之間，就更是如此。那些能夠留下氣泡徑跡的粒子總是帶電的——帶正電或帶負電。如果它們帶的是正電，那么，在磁體的影響下，它們的路徑就會朝一個方向彎曲；如果它們帶負電，它們的路徑就朝相反的方向彎曲。物理學家從它們路徑彎曲得厲害不厲害，就能確定它們的運動速率。從這一點，以及根據徑跡的粗細等等，又能確定出那個粒子的質量。
　　當一個粒子衰變成兩個以上的粒子時，它的徑跡就會分叉。在粒子發生碰撞的情況下，徑跡也會分叉。在一張特定的氣泡室照片中，會出現大量徑跡。有粒子相遇的，有粒子分開的，還有些是分叉的。有時在一個徑跡圖形的幾個部分之間還有些空白，這些空白就必定要用某種不帶電的粒子來解釋，因為不帶電粒子在氣泡室中運動時不會留下可見的徑跡。
　　各種徑跡的這種復雜的組合對于原子核物理學家來說，就像雪地上各種動物留下的足跡對于有經驗的獵人那樣富有意義。從這些徑跡的性質，物理學家就可以辨認出所碰到的是些什么粒子，或者指出他是否發現了某種全新的粒子。
　　氣泡室在高能物理研究中起了重要的作用，人們借助它與高能加速器聯用發現了許多基本粒子以及100多種共振態。氣泡室的發明是格拉塞對高能物理學做出的杰出貢獻，它為粒子物理研究開拓了新的領域，在原子核科學技術史上也是一個創舉。
　　任何一項科學研究都離不開生活。格拉塞正是把科學研究中的問題，與生活中的喝酒聯系起來，從而得到了啟迪，完成了自己的實驗課題，并榮獲諾貝爾獎。
　　編輯/李章