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介子早就不叫“重电子”了

撰文 | 姬扬(中国科学院半导体研究所)
 
来源 | 本文选自《物理》2021年第9期
 
中国科学院理论物理研究所刘寄星老师前不久告诉我,根据科学出版社反馈,河北师范大学杨大卫教授对2019年出版的《物理学名词(第三版)》(图1) 提出一条更正。指出词条“介子” (图2) 中写有“又称重电子”不对,有误导读者之嫌,应当删去。刘老师提到这个词条确实需要修正:在20世纪30-40年代的科学论文中,是有把介子称为重电子的,后来不这样叫了;再往后,固体理论深入发展,重电子这个名称又时兴了起来,特指有效质量大于电子质量的电子。现遵刘老师嘱,写就此短文,尽可能说明我对介子与重电子之理解。
图1 《物理学名词》和物理学名词审定委员会委员名单
图2 《物理学名词》中“介子”词条
 
01 《物理学名词》
 
“名不正则言不顺,言不顺则事不成。”所以孔子说:“必也正名乎!”科学技术名词是科技研究特别是科学交流中不可缺少的一部分,而中国的科技研究在很大程度上来自于对西方科技的学习和发展,科技名词的审定和统一当然就具有非常重要的意义。物理学名词也不例外。
 
《物理学名词》由物理学名词审定委员会编撰,由全国科学技术名词审定委员会审定公布,第三版在2019年由科学出版社出版[1]。内容包括前言、正文和附录三个部分。
 
正文总计14426条物理名词,分为11个方面:01通类,02力学,03电磁学,04光学、声学,05热学、统计物理学,06相对论、量子理论、量子信息,07原子、分子物理学,08凝聚态物理学,09原子核物理学、粒子物理学,10等离子体物理学,11交叉学科。
 
附录部分是两个索引:英汉索引和汉英索引。
 
前言包括:编排说明;三届物理学名词审定委员会为每个版次写的前言 (分别写于1988年7月、1996年2月和2018年11月);钱三强 (1992年2月)、卢嘉锡 (2000年夏)、路甬祥 (2004年深秋) 和白春礼 (2018年春) 写的序言。
 
正文是400多页的表格,分为4栏,如图2所示:序号 (小数点前是分类号,小数点后是词条在该类里的序号),汉文名,英文名,注释。注释并不多,每页通常有一两个,有时候连续很多页都没有,有时候一页会出现五六个。
 
两个索引都是180多页,先是英汉索引,然后是汉英索引。索引的每页分为两个通栏,如图3所示 (以汉英索引为例,英汉索引与此类似)。每栏的一行包括汉文名、英文名和序号,偶尔出现的*号表示该词出现在注释里。
图3 《物理学名词》中的汉英索引
 
02 杨大卫老师指出的错误
 
杨大卫老师指出的错误是序号09.0929词条:介子,meson,又称“重电子”。Meson (介子) 这个词现在已经没有重电子这个含义了,这个注释有误导读者之嫌。
 
重电子也出现在索引里。注意,接下来的两条索引“重费米子”和“重费米子超导体”其实就是固体物理学中的重电子和重电子超导体 (但是这两个词条并没有出现在这本词典里) 。
 
03 介子和重电子
 
长话短说,介子的发现大致是这样的[2—5]:1934年,日本物理学家汤川秀树 (H. Yukawa) 为了解释原子核里的核子之间的吸引力,预言了介子的存在,估计它的静止质量大概是电子的200多倍;1936年,美国物理学家安德森 (C. D. Anderson) 和尼德迈耶 (S. H. Neddmeyer) 在研究宇宙射线的时候发现了质量为电子207倍的新粒子 (μ介子);当时人们以为这就是汤川理论预言的介子,后来的研究表明并非如此,因为μ介子与原子核的相互作用很弱;1947年,英国物理学家鲍威尔 (C. F. Powell) 用核乳胶技术探测宇宙射线时,发现了一种质量为电子273倍的新粒子 (π介子),它才是汤川理论预言的粒子。
 
汤川秀树 (1907.01.23—1981.09.08) 是著名的日本理论物理学家,因为预言了介子的存在而获得1949年诺贝尔物理学奖。介子理论的提出时间有两种不同的说法[3]:诺贝尔奖颁奖词里说是1934年,而汤川的传略里写的是1935年。实际情况是这样的[3—5]:汤川在1934年10月提出了这个想法,同年11月撰写了论文,这篇文章发表于1935年[6]。
 
汤川认为,应当存在一种当时尚未发现的荷电玻色子,它在质子和中子之间来回跳跃,从而导致了核力。通过把核力的范围限制在10-15m,他估计了这个玻色子的质量是电子的100倍,比质子轻,比电子重。所以,他把这个粒子称为“重量子” (heavy quantum) ——这是一个语意双关的文字游戏,因为重 (heavy) 对应于轻 (light),重量子就对应于轻量子,而轻量子 (light quantum) 当然就是光量子 (上面这段说法取自朝永振一郎的描述[7]) 。
 
1936年,安德森和尼德迈耶在宇宙射线中发现了质量介于电子和质子之间、带有单位电荷的新粒子;其后不久,其他小组也独立得到了相同的结论[4,5]。现在我们知道,这个在实验里发现的粒子 (“安德森粒子”) 并不是汤川在理论上预言的粒子 (“汤川粒子”)。但当时并不知道,这个粒子至少有六七种不同的名字:heavy quantum (汤川的用法),heavy electron (重电子!),mesotron (介子,也有译为重电子或者介电子的),mesoton,barytron,Yukawa particle,Yukon,x-particle,当然还有meson。到了1939年,支持把这个粒子称为mesotron (重电子) 的人与把它叫作meson (介子) 的人差不多各占一半。
 
当然,这些名字都跟中文没有关系。1947年,鲍威尔在实验上发现了真正的汤川粒子,π介子,而安德森粒子只是μ介子而已。到了1949年汤川获得诺贝尔奖的时候,meson这个词早已经通用起来了。但是在关于物理学史的文章里,mesotron还经常出现。比如说,在1983年出版的《粒子物理诞生记》(The birth of particle physics) 里[8] (图4),还有3篇文章的题目里包含mesotron,只有两篇文章的题目里包含meson。
图4 很多物理学史的著作都详细描述了介子的发现过程
 
在中文的物理教科书里,通常并不区分meson和mesotron,都称为介子。在关于物理学史的中文译作里,有的区分,有的不区分。比如说,2014年出版的《20世纪物理学(第1卷)》就把mesotron译为重电子,把meson译为介子,而2002年出版的《基本粒子物理学史》就不做这种区分,把二者都译为介子(但有时候会在后面用括号标出是哪个英文单词)。
 
现在在中文环境中很少有人把介子称为重电子了。杨大卫老师说的对,《物理学名词》在介子 (meson) 这个词条的注释里说“又称重电子 (heavy electron) ”,是不太妥当的。
 
然而,重电子这个词并没有消失,它又出现在固体物理学里,只是换了个身份。重电子金属是20世纪70年代开始研究的一种强关联电子系统,也称为重费米子系统。1975年发现了第一种电子金属CeAl3,低温比热的测量结果表明,这种材料的传导电子的有效质量比一般金属大2—3个数量级,所以称之为“重电子”。现在已经发现的重电子金属或合金已经有很多种,它们的共同之处是都含有f电子壳层未填满的稀土元素或者锕系元素,但是在低温下表现出非常不一样的行为 (也就是说,具有截然不同的基态):长程磁有序,超导电性,非费米液体行为,近藤绝缘体,等等。在《低温物理学》这本研究生教材里,就有整整一章的讲述 (图5)[9]。
图5 物理学者知何在?重电子我今又来
 
04 布经 (boojum) 的故事:怎么给新东西起名字?
 
科学研究的过程是发现新事物、提出新思想的过程,新事物和新思想当然需要新名字,怎么给这些新东西起名字呢?这肯定是很难的,只是我们通常认识不到而已。我们的大多数知识都来自于教科书、历史书或者名人传记,它们反映的都是尘埃落定的结果,而不是刀光剑影的过程。特别是很多发现都是在外国,等翻译成中文的时候,早就时过境迁了。
 
严复说过:“一名之立,旬月踟蹰。”这还只是翻译而已。当你发现一个前所未有的新概念或者新事物的时候,你怎样给它命名,才能让更多的人更快更好地了解它呢?这肯定很难。《物理学名词》这本词典里充满了这样的例子,只是它们的命名者很少有心思把这些事情写下来——真这样做的人,少之又少。
图6 为了起个新名字,莫敏真的是非常努力了
图7 布经(boojum)是超流氦-3 中的一种取向织构。你真的听说过它吗?
 
我知道一个例子,来自于莫敏 (N. D. Mermin),就是著名的Ashcroft & Mermin《固体物理学》(Solid State Physics) 的作者。他是一位理论物理学家,1976年在超流氦-3中发现了一种取向织构 (texture),可能是为了娱乐,就用boojum给它命名。Boojum这个词连《新英汉词典》都没有收录,因为它本来就是随意编造的一个词:刘易斯·卡罗尔在《猎蛇鲨记》(The Hunting of the Snark) 中虚构的一种怪物。莫敏使了很多手段[10],才让这个词出现在物理学的学术期刊上(图6),最后居然也出现在这本《物理学名词》里,有了一个音义都很妥贴的中文名字——布经 (boojum)(图7)。可是,你真的听说过这个名字吗?更糟糕的是,莫敏显然已经把这个名词又变成了动词,他的科普散文集的书名是Boojums all the way through,难道我们把它翻译为“全方位布经”吗?读者会不会以为,莫敏是个到处传经、四方布道的洋和尚呢?
 
参考文献
 
[1] 物理学名词审定委员会编. 物理学名词(第三版). 北京:科学出版社,2019
 
[2] 郭奕玲,沈慧君 编著. 物理学史(第 2版). 北京:清华大学出版社,2005
 
[3]《诺贝尔奖讲演全集》编译委员会编译. 诺贝尔奖讲演全集·物理学卷 I. 福州:福建人民出版社,2003.pp.987—1000
 
[4] Brown L M,Pais A,Pippard B 编,刘寄星 主译. 20 世纪物理学(第 1 卷). 北京:科学出版社,2014. 见第5 章:核力、介子和同位旋对称性,Brown L M 著,姜焕清 译,宁平治,秦克诚 校
 
[5] 阿伯拉罕·派斯 著,关洪,杨建邺,王自华等 译. 基本粒子物理学史.武汉:武汉出版社,2002. 见第17章
 
[6] Yukawa H. Proc. Phys. Math. Soc.Japan,1935,17:48
 
[7] 朝永振一郎 著. スピンはめぐる成熟期の量子力学. みすず書房,1974;英文版:The Story of Spin.The University of Chicago Press,1997;朝永振一郎 著,江沢洋 注.スピンはめぐる成熟期の量子力学(新版). 東京:みすず書房,2008
 
[8] Brown L M,Hoddeson L Editted.The Birth of Particle Physics. Cambridge University Press,1983
 
[9] 曹烈兆,阎守胜,陈兆甲 编著. 低温物理学(第2版). 合肥:中国科学技术大学出版社,2009
 
[10] Mermin N D. Boojums All the WayThrough:Communicating Scienceina Prosaic Age. Cambridge University Press,1990
 
本文经授权转载自微信公众号“中国物理学会期刊网”。



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