介子早就不叫“重電子”了_風聞

撰文 | 姬揚（中國科學院半導體研究所）

來源 | 本文選自《物理》2021年第9期

中國科學院理論物理研究所劉寄星老師前不久告訴我，根據科學出版社反饋，河北師範大學楊大衞教授對2019年出版的《物理學名詞(第三版)》(圖1) 提出一條更正。指出詞條“介子” (圖2) 中寫有“又稱重電子”不對，有誤導讀者之嫌，應當刪去。劉老師提到這個詞條確實需要修正：在20世紀30-40年代的科學論文中，是有把介子稱為重電子的，後來不這樣叫了；再往後，固體理論深入發展，重電子這個名稱又時興了起來，特指有效質量大於電子質量的電子。現遵劉老師囑，寫就此短文，儘可能説明我對介子與重電子之理解。

圖1 《物理學名詞》和物理學名詞審定委員會委員名單

圖2 《物理學名詞》中“介子”詞條

01

《物理學名詞》

“名不正則言不順，言不順則事不成。”所以孔子説：“必也正名乎！”科學技術名詞是科技研究特別是科學交流中不可缺少的一部分，而中國的科技研究在很大程度上來自於對西方科技的學習和發展，科技名詞的審定和統一當然就具有非常重要的意義。物理學名詞也不例外。

《物理學名詞》由物理學名詞審定委員會編撰，由全國科學技術名詞審定委員會審定公佈，第三版在2019年由科學出版社出版[1]。內容包括前言、正文和附錄三個部分。

正文總計14426條物理名詞，分為11個方面：01通類，02力學，03電磁學，04光學、聲學，05熱學、統計物理學，06相對論、量子理論、量子信息，07原子、分子物理學，08凝聚態物理學，09原子核物理學、粒子物理學，10等離子體物理學，11交叉學科。

附錄部分是兩個索引：英漢索引和漢英索引。

前言包括：編排説明；三屆物理學名詞審定委員會為每個版次寫的前言 (分別寫於1988年7月、1996年2月和2018年11月)；錢三強 (1992年2月)、盧嘉錫 (2000年夏)、路甬祥 (2004年深秋) 和白春禮 (2018年春) 寫的序言。

正文是400多頁的表格，分為4欄，如圖2所示：序號 (小數點前是分類號，小數點後是詞條在該類裏的序號)，漢文名，英文名，註釋。註釋並不多，每頁通常有一兩個，有時候連續很多頁都沒有，有時候一頁會出現五六個。

兩個索引都是180多頁，先是英漢索引，然後是漢英索引。索引的每頁分為兩個通欄，如圖3所示 (以漢英索引為例，英漢索引與此類似)。每欄的一行包括漢文名、英文名和序號，偶爾出現的*號表示該詞出現在註釋裏。

圖3 《物理學名詞》中的漢英索引

02

楊大衞老師指出的錯誤

楊大衞老師指出的錯誤是序號09.0929詞條：介子，meson，又稱“重電子”。Meson (介子) 這個詞現在已經沒有重電子這個含義了，這個註釋有誤導讀者之嫌。

重電子也出現在索引裏。注意，接下來的兩條索引“重費米子”和“重費米子超導體”其實就是固體物理學中的重電子和重電子超導體 (但是這兩個詞條並沒有出現在這本詞典裏) 。

03

介子和重電子

長話短説，介子的發現大致是這樣的[2—5]：1934年，日本物理學家湯川秀樹 (H. Yukawa) 為了解釋原子核裏的核子之間的吸引力，預言了介子的存在，估計它的靜止質量大概是電子的200多倍；1936年，美國物理學家安德森 (C. D. Anderson) 和尼德邁耶 (S. H. Neddmeyer) 在研究宇宙射線的時候發現了質量為電子207倍的新粒子 (μ介子)；當時人們以為這就是湯川理論預言的介子，後來的研究表明並非如此，因為μ介子與原子核的相互作用很弱；1947年，英國物理學家鮑威爾 (C. F. Powell) 用核乳膠技術探測宇宙射線時，發現了一種質量為電子273倍的新粒子 (π介子)，它才是湯川理論預言的粒子。

湯川秀樹 (1907.01.23—1981.09.08) 是著名的日本理論物理學家，因為預言了介子的存在而獲得1949年諾貝爾物理學獎。介子理論的提出時間有兩種不同的説法[3]：諾貝爾獎頒獎詞裏説是1934年，而湯川的傳略裏寫的是1935年。實際情況是這樣的[3—5]：湯川在1934年10月提出了這個想法，同年11月撰寫了論文，這篇文章發表於1935年[6]。

湯川認為，應當存在一種當時尚未發現的荷電玻色子，它在質子和中子之間來回跳躍，從而導致了核力。通過把核力的範圍限制在10^（-15）m，他估計了這個玻色子的質量是電子的100倍，比質子輕，比電子重。所以，他把這個粒子稱為“重量子” (heavy quantum) ——這是一個語意雙關的文字遊戲，因為重 (heavy) 對應於輕 (light)，重量子就對應於輕量子，而輕量子 (light quantum) 當然就是光量子 (上面這段説法取自朝永振一郎的描述[7]) 。

1936年，安德森和尼德邁耶在宇宙射線中發現了質量介於電子和質子之間、帶有單位電荷的新粒子；其後不久，其他小組也獨立得到了相同的結論[4，5]。現在我們知道，這個在實驗裏發現的粒子 (“安德森粒子”) 並不是湯川在理論上預言的粒子 (“湯川粒子”)。但當時並不知道，這個粒子至少有六七種不同的名字：heavy quantum (湯川的用法)，heavy electron (重電子！)，mesotron (介子，也有譯為重電子或者介電子的)，mesoton，barytron，Yukawa particle，Yukon，x-particle，當然還有meson。到了1939年，支持把這個粒子稱為mesotron (重電子) 的人與把它叫作meson (介子) 的人差不多各佔一半。

當然，這些名字都跟中文沒有關係。1947年，鮑威爾在實驗上發現了真正的湯川粒子，π介子，而安德森粒子只是μ介子而已。到了1949年湯川獲得諾貝爾獎的時候，meson這個詞早已經通用起來了。但是在關於物理學史的文章裏，mesotron還經常出現。比如説，在1983年出版的《粒子物理誕生記》(The birth of particle physics) 裏[8] (圖4)，還有3篇文章的題目裏包含mesotron，只有兩篇文章的題目裏包含meson。

圖4 很多物理學史的著作都詳細描述了介子的發現過程

在中文的物理教科書裏，通常並不區分meson和mesotron，都稱為介子。在關於物理學史的中文譯作裏，有的區分，有的不區分。比如説，2014年出版的《20世紀物理學(第1卷)》就把mesotron譯為重電子，把meson譯為介子，而2002年出版的《基本粒子物理學史》就不做這種區分，把二者都譯為介子(但有時候會在後面用括號標出是哪個英文單詞)。

現在在中文環境中很少有人把介子稱為重電子了。楊大衞老師説的對，《物理學名詞》在介子 (meson) 這個詞條的註釋裏説“又稱重電子 (heavy electron) ”，是不太妥當的。

然而，重電子這個詞並沒有消失，它又出現在固體物理學裏，只是換了個身份。重電子金屬是20世紀70年代開始研究的一種強關聯電子系統，也稱為重費米子系統。1975年發現了第一種電子金屬CeAl3，低温比熱的測量結果表明，這種材料的傳導電子的有效質量比一般金屬大2—3個數量級，所以稱之為“重電子”。現在已經發現的重電子金屬或合金已經有很多種，它們的共同之處是都含有f電子殼層未填滿的稀土元素或者錒系元素，但是在低温下表現出非常不一樣的行為 (也就是説，具有截然不同的基態)：長程磁有序，超導電性，非費米液體行為，近藤絕緣體，等等。在《低温物理學》這本研究生教材裏，就有整整一章的講述 (圖5)[9]。

圖5 物理學者知何在？重電子我今又來

04

布經 (boojum) 的故事：怎麼給新東西起名字？

科學研究的過程是發現新事物、提出新思想的過程，新事物和新思想當然需要新名字，怎麼給這些新東西起名字呢？這肯定是很難的，只是我們通常認識不到而已。我們的大多數知識都來自於教科書、歷史書或者名人傳記，它們反映的都是塵埃落定的結果，而不是刀光劍影的過程。特別是很多發現都是在外國，等翻譯成中文的時候，早就時過境遷了。

嚴復説過：“一名之立，旬月踟躕。”這還只是翻譯而已。當你發現一個前所未有的新概念或者新事物的時候，你怎樣給它命名，才能讓更多的人更快更好地瞭解它呢？這肯定很難。《物理學名詞》這本詞典裏充滿了這樣的例子，只是它們的命名者很少有心思把這些事情寫下來——真這樣做的人，少之又少。

圖6 為了起個新名字，莫敏真的是非常努力了

圖7 布經(boojum)是超流氦-3 中的一種取向織構。你真的聽説過它嗎？

我知道一個例子，來自於莫敏 (N. D. Mermin)，就是著名的Ashcroft & Mermin《固體物理學》(Solid State Physics) 的作者。他是一位理論物理學家，1976年在超流氦-3中發現了一種取向織構 (texture)，可能是為了娛樂，就用boojum給它命名。Boojum這個詞連《新英漢詞典》都沒有收錄，因為它本來就是隨意編造的一個詞：劉易斯·卡羅爾在《獵蛇鯊記》(The Hunting of the Snark) 中虛構的一種怪物。莫敏使了很多手段[10]，才讓這個詞出現在物理學的學術期刊上(圖6)，最後居然也出現在這本《物理學名詞》裏，有了一個音義都很妥貼的中文名字——布經 (boojum)(圖7)。可是，你真的聽説過這個名字嗎？更糟糕的是，莫敏顯然已經把這個名詞又變成了動詞，他的科普散文集的書名是Boojums all the way through，難道我們把它翻譯為“全方位布經”嗎？讀者會不會以為，莫敏是個到處傳經、四方佈道的洋和尚呢？

參考文獻

[1] 物理學名詞審定委員會編. 物理學名詞(第三版). 北京：科學出版社，2019

[2] 郭奕玲，沈慧君 編著. 物理學史(第 2版). 北京：清華大學出版社，2005

[3]《諾貝爾獎講演全集》編譯委員會編譯. 諾貝爾獎講演全集·物理學卷 I. 福州：福建人民出版社，2003.pp.987—1000

[4] Brown L M，Pais A，Pippard B 編，劉寄星 主譯. 20 世紀物理學(第 1 卷). 北京：科學出版社，2014. 見第5 章：核力、介子和同位旋對稱性，Brown L M 著，姜煥清 譯，寧平治，秦克誠 校

[5] 阿伯拉罕·派斯 著，關洪，楊建鄴，王自華等 譯. 基本粒子物理學史.武漢：武漢出版社，2002. 見第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學. 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學(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，閻守勝，陳兆甲 編著. 低温物理學(第2版). 合肥：中國科學技術大學出版社，2009

[10] Mermin N D. Boojums All the WayThrough：Communicating Scienceina Prosaic Age. Cambridge University Press，1990

本文經授權轉載自微信公眾號“中國物理學會期刊網”。