奇异的正电子峰的源头何在？

长期以来，实验物理学家一直埋头于实验室，兢兢业业地寻找理论物理学家所预言的新粒子，比如黑格斯粒子、顶夸克、超对称伴子等等。然而，结果是令人失望的。但，非常耐人寻味的是“有心栽花花不开，无意插柳柳成荫。”1986年，在联邦德国达姆斯达特实验室进行的重离子实验研究中，科学家们非常意外地发现了一种奇异的正电子发射现象。使物理学家们感到大惑不解的是：正电子峰的位置总是固定在能量为十万电子伏特的地方，而和参与碰撞的两个原子核的核电荷总数完全无关。

这一奇异的正电子峰使粒子物理学家、核物理学家和原子物理学家既激动不已又大伤脑筋。他们一涌而上，众说纷纭，提出了各种各样迥然不同的理论、模型、假说甚至猜测，试图解释这种迷人的正电子峰的真正来源。

一种较为正统的解释认为这种正电子峰纯粹是量子电动力学所预言的“真空衰变”的结果。大家知道，在核电荷数为1的氢原子中，最低电子轨道的结合能大约为10个电子伏特，随着核电荷数的逐渐增加，这一结合能会迅速增大。如果核电荷数变得足够大时，会出现什么情况呢？量子电动力学对此做出预言；当两个重原子核互相靠得很近时，可暂时地形成“准原子”，且当这两个重原子核的核电荷总数大于173时，这时如果最低电子轨道上是空着的，则从真空中就会自发地产生一对正、负电子，让负电子占据最低的电子轨道，正电子向外发射出来，即开始“自发正电子发射”，而正电子峰的能量会随着核电荷总数的变化而发生变化。这一理论解释初看起来还是较为令人信服的，但是其中存在着一个根本性的困难，那就是它无法解释为什么在实验中观察到的正电子峰的能量并不随两个重原子核的核电荷总数的变化而改变。事实上，正电子峰的能量位置是固定不变的。

另外一些科学家争辩说，这种正电子峰其实是标志着具有某种特定电荷数的亚稳态超重原子核的形成。我们已经知道，根据原子核具有壳层结构的特点，在满壳层附近，原子核又有特别的亚稳定的趋势。进一步的理论计算表明：在核电荷数约为126附近，可能存在着一批稳定的原子核，它们就好比是在同位素分布表的海洋中形成了一批“稳定岛”。科学家们指出，这种实验中观察到的与核电荷总数无关的正电子峰表明，在这两个重离子碰撞的一瞬间，形成了某种特定核电荷数的亚稳定的超重核，而这种超重核是和参与碰撞的两个原子核的总电荷数是无关的，它提供足够强的静电场以引起“自发正电子发射”。然而，不幸的是，这一假说本身有着无法克服的矛盾，理论预言在核电荷总数小于173时，不会有正电子峰产生，但接着进行的验证性实验还是在同样的能量位置观察到了一个正电子峰。

还有一些粒子物理学家则断言，这种具有不变能量特征的正电子峰是来自一种质量较轻的中性玻色子衰变成正电子－负电子对的结果。早在1978年，著名理论物理学家温伯格和威尔茨为解释量子电动力学中电荷—宇称不守恒效应的某种异常现象时，曾预言存在着一种中性的赝标玻色子——轴子。粒子物理学家推测，现在实验观察到的正电子峰是一种类似于轴子的东西衰变的产物。之所以说是类似的，是因为随后进行的一系列实验已经确证，这决不可能是真的轴子。但这种类似于轴子的东西究竟是什么呢？其衰变机理到底怎么样，这一切都还不清楚。

迄今为止，奇异的正电子峰的真正来源是什么，我们还不知道。物理学家们预料，这一奇异正电子峰之谜的破解，将会给物理学带来无法预料的累累硕果。