“啤酒之花”与气泡室

　　1952年的一天，美国物理学家格拉塞在紧张工作之余，打开了一瓶啤酒，看见冒出的一串串气泡渐渐消失了。格拉塞不禁有了这样一个问题：难道再也不能产生气泡了吗？
　　于是，他随手将一粒沙子扔进啤酒瓶，只见沙子下沉时，周围又不断产生出气泡；他又扔下一小撮沙子，啤酒像沸腾了似的产生出大量气泡。要知道，啤酒中的气泡是压力作用下溶在啤酒里的二氧化碳气，一旦打开瓶盖，压力减低，二氧化碳气就从啤酒中逸出。刚冒完气泡的啤酒还处在不稳定状态，遇到沙子的扰动，就会继续产生气泡。
　　沙子使啤酒继续产生气泡的现象，就如暗夜里骤然亮起一星耀眼火花，点燃了格拉塞的灵感——何不将“沙子投入不稳定状态啤酒液，能激发啤酒液再度释放二氧化碳气泡”这种现象转用到：如何捕捉射进液态氢中的带电粒子的实验中去呢?
　　格拉塞高兴地跳了起来，迅速投入了新一轮的实验中。这一回，他用透明的液态氢代替啤酒，用耐高压的密封容器代替啤酒瓶……
　　实验非常成功。当原子核释放出的高能带电粒子流穿过“啤酒瓶”时，沿途的液态氢像沸腾了一样，产生了许多小气泡，使粒子的飞行轨迹清晰可见。由此实验，格拉塞终于制造出划时代的专门用以测量高能粒子流运行轨迹的“气泡室”，并因此荣获了1960年度的诺贝尔物理学奖。
　　气泡室实质上是一个液体容器，其中液体的温度高于这种液体的沸点。这时，液体处于高压状态，所以它实际上并不沸腾。但是，如果压力降低，液体就会沸腾，并在液体中出现蒸气的气泡。
　　假定有一个像质子或介子这样的亚原子粒子冲进这样一个气泡室的液体中，它就会同液体中的原子和分子发生碰撞，并把自己的一部分能量转移给它们。因此，在这个液体中，亚原子粒子经过的路线上的原子和分子就会比其他原子和分子稍稍热一些。这样，如果降低液体所受到的压力，蒸气的气泡就会先沿着亚原子粒子途径上留下能量的那条路线形成。因此，就会有一条可以见到的气泡轨迹指示出那个粒子是从哪里经过的，这种径迹很容易拍成照片。
　　这种可见的径迹可以告诉物理学家许多情况，要是气泡室放在强磁体的两个磁极之间，就更是如此。那些能够留下气泡径迹的粒子总是带电的——带正电或带负电。如果它们带的是正电，那么，在磁体的影响下，它们的路径就会朝一个方向弯曲；如果它们带负电，它们的路径就朝相反的方向弯曲。物理学家从它们路径弯曲得厉害不厉害，就能确定它们的运动速率。从这一点，以及根据径迹的粗细等等，又能确定出那个粒子的质量。
　　当一个粒子衰变成两个以上的粒子时，它的径迹就会分叉。在粒子发生碰撞的情况下，径迹也会分叉。在一张特定的气泡室照片中，会出现大量径迹。有粒子相遇的，有粒子分开的，还有些是分叉的。有时在一个径迹图形的几个部分之间还有些空白，这些空白就必定要用某种不带电的粒子来解释，因为不带电粒子在气泡室中运动时不会留下可见的径迹。
　　各种径迹的这种复杂的组合对于原子核物理学家来说，就像雪地上各种动物留下的足迹对于有经验的猎人那样富有意义。从这些径迹的性质，物理学家就可以辨认出所碰到的是些什么粒子，或者指出他是否发现了某种全新的粒子。
　　气泡室在高能物理研究中起了重要的作用，人们借助它与高能加速器联用发现了许多基本粒子以及100多种共振态。气泡室的发明是格拉塞对高能物理学做出的杰出贡献，它为粒子物理研究开拓了新的领域，在原子核科学技术史上也是一个创举。
　　任何一项科学研究都离不开生活。格拉塞正是把科学研究中的问题，与生活中的喝酒联系起来，从而得到了启迪，完成了自己的实验课题，并荣获诺贝尔奖。
　　编辑/李章