萧萧千禧梦 第四章 顶级实验 （3）

“还有什么问题呀？不行，我得走了。”韩一迈站起身。

“你站住！饭还没吃完，你去哪儿？”韩一迈这个态度把南李丽气坏了，“我就这么让你讨厌么？”

韩一迈闻言站住了。“哪儿的话。”

“那你跑什么？”

“上厕所。”

“哪儿那么多事？我问到关键问题了，你就上厕所。谁饭吃到一半儿上厕所？真是有毛病。”

“得，我不去了，行了吧。”

“让你憋着，也不好。”南李丽意识到了自己刚才言语有点粗鲁，温声道，“要不你先去吧。”

“说了不去了。本来也没有。”

佟琳在一旁忍俊不禁。

“你就是成心气我！我刚才问哪儿了？你看，都想不起来了。”

“想不起来就算了。正好吃饭。”

“你。你要气死我么。”南李丽跺脚道。

“南姐姐，”佟琳接住了话头，“你刚才什么也没问呀。你还没来得及问，他就要走的。”

“哦。这样啊。”韩一迈笑道，“不好意思。公主，那你问吧。”

“什么态度。”南李丽气道，“人家问的心情都没了。”

“可以等你5秒钟。算我表示歉意了。”

“这还差不多。”南李丽嗔怪地看了韩一迈一眼，想了想，“听我爸说，那些一块一块的镜子很难做的。还有，那个望远镜为什么长那个样子？跟个大炒勺似的。”

“你这是两个问题呀。镜子是镜子。大炒勺是大炒勺。先说哪一个？”

“大炒勺吧。”

“说来话长了。涉及到高能天体物理的观测机理，一句话说不清楚。还是先吃点饭吧。”韩一迈吃了一口烧茄子，“真香。今天把肉片换成鸡蛋了，我的最爱。佟琳，你真会给师傅挑菜。好吃。”

南李丽从韩一迈的盒饭里挑走了一小块鸡蛋，尝了尝，又把自己盒饭里的一个四喜丸子放回他的盒饭里。“尝尝这个吧。做得挺好的。”

“谢谢。有时候感觉你挺会照顾人的，跟我姐似的。”

“我比你大两个月，当然是你姐了。”

“师傅。你们是哪一年的？”佟琳一直想知道韩一迈的确切生日，韩一迈却一直不肯说。

“小姑娘又瞎打听。”韩一迈依旧不说。

“这有什么。”南李丽温言道，“我们都是67年出生的。他是2月底。我是1月初。我妈生我的时候，刚过完元旦不久，算起来我们差了大约两个月。”

韩一迈不满地看了南李丽一眼。“你就是一个广播台。什么都留不住。”

“啊。那你们都属羊了？我71年五一那天生的，属猪。”

“他属羊，算是那一年的羊头。我属马，是马尾巴。所以我是他的小姐姐。”南李丽笑了起来，露出一对儿可爱的小酒窝。

“我姐是66年10月的。比你们都大一点。”

“我们这一届是大学的85级，在北京应该是66年出生的。”韩一迈解释道，“我们两个都是67年出生的，按理说应该在下一届。但是我们俩个都小学跳了一级，跟你姐一届了。”

“南姐姐，你也跳过级？”佟琳诧异道。

“这有什么？他能跳级，我为什么不能？”南李丽看了一眼韩一迈，眼里全是笑意。“一年级只念了半个学期，我们就去念二年级了。66年闹文革，这一年北京出生的孩子特别少，所以我们那个时候容易跳级。”

“公主学习一直挺好。小学比我成绩还好。”韩一迈回忆道，“聪明又漂亮。温柔又贤淑。从小学到高中，一直是一等一的校花，妥妥的小公主。”

佟琳真的吃惊了。眼前的这个南李丽，是有几分真材实料的，并不完全是个花瓶。那自己呢？她不禁沉默了。

“好了。先说为什么这个射电望远镜象个大炒勺吧。就冲你赏的这个四喜丸子，我也得说。”韩一迈尝了一口丸子，点了点头，“现在有一个伽马光子，能量是100亿电子伏，从宇宙深处的某个黑洞，比如距太阳系10亿光年远，发射出来，飞行10亿年，最终进入地球的大气层，之后会发生什么呢？”

“听着呢。继续说。”南李丽也吃了一小口四喜丸子。

“这个过程比较复杂。简单说，这个伽马光子会和大气分子碰撞，产生一些次级粒子，最有可能的，是这个伽马光子消失，变成一个正负电子对儿。一个电子，一个正电子，配一对儿。这在《易经》里，叫太极生两仪。前面还有一个过程，叫无极生太极，又叫道生一。这个伽马光子，就是一个太极。”

“真的吗？物理也讲这个？”佟琳半信半疑。

“你到底懂不懂？懂就好好讲。别掺合那些道家，阴阳家杂七杂八的私货。就显得你什么都懂是吧？”南李丽气道。

“好好。刚才开个玩笑嘛。”

“那你刚才说的，什么电子正电子配一对儿，不是真的吧？”佟琳道。

“这个是真的。一个100亿电子伏的伽马光子经过碰撞，最最可能的，是变成了一个正负电子对儿，以大约光速冲向地面。好了，现在不开玩笑了。要不你该记混了。”

“她已经开始记混了。”南李丽不满道，“你能不能正经一点。好好说。”

“好好。这一对儿正负电子，会继续跟大气分子碰撞，然后逐渐减速。减速的过程会产生轫致辐射，还有电离。这样就有大量的次级粒子产生。”

“什么叫轫致辐射？”南李丽道。

“就是这个正电子还有电子，在减速的过程中，发射了一系列的X光。”

“越说越复杂。”

“是啊。这些新发射出来的X光，能量仍然很高，与大气分子继续碰撞，还会产生很多正负电子对儿，但同时也可能被散射，从分子里打出一个电子来，稍稍损失一点能量。这种散射被称为康普顿散射。能量过低的X射线，会被分子完全吸收，同时也放出一个电子来，这个过程称为光电效应。顺便说一句，爱因斯坦就是因为解释了光电效应，获诺贝尔奖。”

“不是因为相对论吗？”佟琳道。

“没有。相对论当年没几个人懂，很多那个时代的大科学家反对给相对论颁奖。所以老爱的诺贝尔奖，是因为解释了光电效应。”

“我越听越糊涂。到底最后怎么样了？”南李丽皱眉道。

“事实上，人类不可能跟踪每一个次级粒子，毕竟太复杂了。但是我们可以用计算机进行模拟，看一看最终产物是什么。这种模拟有很多随机性，因为任何一个次级粒子，下一步会发生什么，有各种可能性。计算机随机地给出不同的概率，进行下一步的计算。这样的模拟过程，被称为‘蒙特-卡罗’模拟。”

“蒙特-卡罗？”南李丽仔细回想，“这个名字我好象也听说过。”

“这个词儿源于赌场。”韩一迈笑道，“欧洲的赌场几百年了，比如轮盘赌，需要计算各种各样的可能性，这样庄家制造赌局，虽然表面上有进有出，但实际上总能赢钱。久而久之，蒙特-卡罗算法，就成了计算各种随机概率的算法名称。”

“太棒了。”佟琳叹道，“欧洲人把什么都算的那么精准。”

“根据蒙特-卡罗的结果，一个100亿电子伏的伽马光子，进入大气层以后，大概要碰撞至少10次，才能到达地球表面。这中间有非常复杂的过程，就象我刚才说的，正负电子对儿，康普顿散射，轫致辐射，电离，光电效应，都可能发生。每碰撞一次，就产生一批能量低一点的次级粒子。这些次级粒子会继续碰撞，直到地面。所以，次级粒子数量，大致呈几何级数增长。比如这次的次级粒子有10个，下一次碰撞就大致有100个，第三次就有1万个，第四次呢，一亿个。以此类推。到了地面的时候，就变成了一场粒子雨，瞬间淅淅沥沥地全落下来，方圆一大片，几十平米都有可能。”

“很生动。”南李丽微笑道，“你很会讲。”

“谢谢。如果我们能跟踪这些从外太空进入大气层的伽马光子，就会发现，每一个伽马光子在大气层的路径，都近似为一个圆锥形，地表就是圆锥的底了。每碰撞一次，次级粒子就增加一些，最后一次碰撞产生的粒子雨，就覆盖了这个大圆锥的底部。”

这个描绘很形象。佟琳原本听得云山雾罩，此时却有一丝明晰的感觉。南李丽点了点头，她确实听懂了。

“现在回过头来看一下这些次级粒子，绝大部分都是带电的，而且有质量。刚才说了，因为动能很大，这些次级粒子基本上是以光速飞向地表，直到产生下一次碰撞。光在真空中传播的速度是每秒30万公里，在空气里要低于这个速度。这样，这些次级粒子的速度，很可能会比光在空气里传播的速度还要高。换句话说，这些粒子的速度更无限接近真空里的光速。”

“那又怎么样？”南李丽托着下巴问。

“如果一个带电粒子在空气中的速度，超过光在空气里的速度，这个带电粒子会自然地发射出一种紫色的可见光，称为切伦科夫光，或者叫切伦科夫辐射。如果我们从一开始就追踪这些不断产生的切伦科夫辐射，就会发现，这也是一个圆锥的形状。”

“啊。说到现在，我好象真的明白了。”南李丽欣喜道，“所以望远镜里那些镜片就是来收集这些切伦科夫光的。因为这些辐射是可见光，所以要用镜子。”

“基本如此。”韩一迈点了点头，“如果一个圆锥切一刀，会出现什么形状？佟琳，你觉得呢？”

“看你怎么切了。”佟琳思忖着，“只要不是竖着切，应该是椭圆，或者圆吧？”

“对。这个望远镜做成了太阳灶的形状，所有的镜面都对准了同一个焦点平面。这样所有镜子收集到的切伦科夫光，会在这个平面瞬间成像。如果真是伽马光子，这个像应该是圆形或者椭圆形。”

“肯定是啊。还可能是别的形状吗？”南李丽道。

“事实是，出现圆形或者椭圆形的几率非常低。因为99%以上都是宇宙线，属于噪音。”

“什么是宇宙线？”佟琳好奇道，“总听说这个词，不知道是什么。”

“简单说，就是能量很高的带电粒子。90%的宇宙线是太阳风，也就是从太阳喷出来的等离子体，包括电子和质子，数量上各占一半。但是电子质量小，很容易漂移，所以一般讲太阳风，基本上说的是质子流。”

“那你刚才说的X射线，伽马射线，不也是宇宙线么？”

“不是。宇宙线，一般是指从外太空来的，高能带电粒子。X射线，伽马射线都是光子，光子不带电，所以不是宇宙线。”

“那还得从宇宙线里把伽马射线挑出来。”南李丽思忖道。

“对。宇宙线进入大气层，比如一个高能的质子，也会产生一大片粒子雨，但是这种切伦科夫光所呈的像是奇形怪状的，因为反应更复杂，有核子参与，所以粒子雨不是规则的圆或者椭圆。这样很容易区分。”

“还有一个问题。最后一个了。”南李丽道，“我真应该记在本子上，还好想起来了。”

“说。”韩一迈装模作样地打了个哈欠，“你折磨我一中午了。苦日子终于到头了。”

“别那么不耐烦。”南李丽笑道，“你很有天分，能把无知女孩子说明白了。”

“不要假惺惺的谦虚。”

“就是。我听得挺高兴的。”佟琳也道，“以前我不喜欢物理，现在明白了，那是因为老师不行，他们可能自己也不懂，讲不明白，那我怎么可能有兴趣呢？师傅，你讲得真的好。”

“是么。这让我倍感欣慰。”韩一迈躺在椅子背上，“快去给师傅倒一缸子白开水吧。说得渴了。”

佟琳应了一声，很快取来的暖水瓶，先给韩一迈倒了一缸子水，又把自己的缸子倒满。韩一迈道了谢，扭头对南李丽道：“好了，你的最后一个问题。”