1975年7月，三位俄羅斯理論物理學(xué)家Arkady Vainshtein、Valentin I. Zakharov和Mikhail Shifman在前蘇聯(lián)的專業(yè)物理學(xué)期刊JETP Letters上發(fā)表了一篇討論K介子衰變的論文，其中第一次計算了奇異夸克（strange quark）通過下面左圖所進(jìn)行的單圈衰變過程。1995年10月，Mikhail Shifman教授在回憶20年前的這一重要工作時，把相應(yīng)的費曼圖（Feynman diagram）簡化成了下面的右圖，這就是粒子物理學(xué)中著名的“企鵝圖”?！ ?/p>
圖片來源：維基百科、aps.org
其實真正讓企鵝走進(jìn)物理學(xué)的是英國理論物理學(xué)家John Ellis。他在和別人打賭輸了之后，不得不絞盡腦汁把“企鵝”這個本來與基本粒子毫無關(guān)系的動物引入物理學(xué)來描述夸克的味道改變中性流過程。在維基百科的“Penguin diagram”詞條中，有John Ellis本人對這段往事的詳細(xì)記敘，這里我們只是簡略地描述一下故事梗概，補(bǔ)充一些與科學(xué)問題本身有關(guān)的史實以及“企鵝圖”的后續(xù)故事。
John Ellis 圖片來源：維基百科
1977年6月30日這一天，美國費米實驗室宣布發(fā)現(xiàn)了第五種夸克，即底夸克（bottom quark）。消息一出，全世界的粒子物理學(xué)家都興奮異常。身為歐洲核子研究中心（CERN）理論部科學(xué)家的John Ellis馬上和他的合作者M(jìn)ary Gaillard、Dimitri Nanopoulos以及Serge Rudaz著手計算底夸克衰變過程中的物質(zhì)-反物質(zhì)不對稱效應(yīng)。就在這期間的一個晚上，正在CERN實驗組實習(xí)的美國女學(xué)生Melissa Franklin約John Ellis和Serge Rudaz到附近的一家小酒館玩飛鏢，并打了一個難度很大但小女生味十足的賭：假如John Ellis輸?shù)袅送讹w鏢的游戲，他就必須在下一篇學(xué)術(shù)論文中使用“企鵝”一詞。后來Melissa Franklin本人有事提前離開了小酒館，但Serge Rudaz最后卻贏了John Ellis。當(dāng)然，John Ellis本人故意輸?shù)袅擞螒蛞舱f不定。
總之，John Ellis選擇了遵守自己的承諾，但把企鵝與底夸克物理聯(lián)系起來絕非易事，這讓他大傷腦筋。據(jù)John Ellis本人回憶，他在某天晚上和幾個朋友一起抽了一點不合法的東西之后，回到自己的住處繼續(xù)寫論文，突然間腦洞大開，發(fā)現(xiàn)底夸克的味道改變中性流衰變的費曼圖其實可以畫成企鵝的形狀，并把它稱作“企鵝圖”。John Ellis及其合作者迅速完成了這篇論文，并在1977年7月14 日將它投到了歐洲物理學(xué)會主辦的專業(yè)期刊Nuclear Physics B，很快就正式發(fā)表了。這幾位作者在論文的結(jié)尾之處感謝了Melissa Franklin等同事以及與他們的有益討論。The phenomenology of the next left-handed quarks（下一種左手夸克的唯象學(xué)），Nuclear Physics B 131 (1977) 285，這篇論文不僅成就了“企鵝圖”一詞在粒子物理學(xué)中的廣泛應(yīng)用，而且成為研究夸克混合與物質(zhì)-反物質(zhì)對稱性破缺的經(jīng)典文獻(xiàn)。
2012年10月，筆者應(yīng)邀在日本福岡海濱舉辦的第一屆Asia Europe Pacific School of High Energy Physics國際講習(xí)班授課時，聽John Ellis教授講述了“企鵝圖”的后續(xù)故事。據(jù)說加拿大裔美國理論物理學(xué)家Mark Wise曾在加州理工學(xué)院的一場學(xué)術(shù)報告中提到了著名的“企鵝圖”，當(dāng)時坐在聽眾席上的物理學(xué)大師Richard Feynman不屑一顧地指出，“企鵝圖”其實長得并不像企鵝。聽了費曼這話，在場的另一位物理學(xué)家馬上義正詞嚴(yán)地反駁道：“費曼圖”長得也不像費曼！
2017年9月15日，在上海交通大學(xué)李政道圖書館舉辦的國際研討會招待晚餐期間，John Ellis教授在大家的慫恿下又講了一遍自己創(chuàng)造的“企鵝圖”的故事，引來聽眾的陣陣笑聲。毫無疑問，科學(xué)家們在好奇心的驅(qū)動下探索未知和享受發(fā)現(xiàn)，但也不可避免地要忍受寂寞和經(jīng)受失敗的考驗，因此擁有一顆童心和足夠的幽默感至關(guān)重要——這既是一種健康的生活態(tài)度，也是激發(fā)創(chuàng)造力的心靈源泉。
附件下載：
