歷史拾遺：一個未被充分認知的基本粒子理論

中國科學院自然科學史研究所 張思源 編譯自Robert P Crease. Physics World, 2026, (3): 23

（注：部分內容已同中國科學院自然科學史研究所劉金巖研究員核實。）

在 “文化大革命”讓國家發展陷入停滯后，有關基本粒子的一種鮮為人知的理論，成為中國科學重新發展的關鍵。羅伯特·P·克里斯（Robert P. Crease）從中國物理學史研究者劉金巖那里了解到更 多情況。

“ 有關基本粒子結構的層子模型理論在西方的影響相對有限，”劉金巖同我坐在CERN餐廳的一個安靜角落時說道。我最近在一次粒子物理學史國際會議的休息期間遇到她，她即將作報告的題目中觸及中國物理學家在20世紀60年代中期構建的一種基本粒子結構理論模型——層子模型。當時，甚至很大程度上至今，在中國之外，層子模型仍不為人所知。“可它卻是中國物理學家此后融入國際共同體向前邁出的至關重要一步，”劉金巖補充道。

2025年11月10日至13日，劉金巖受邀參加在CERN舉辦的第四屆國際粒子物理學史研討會。她的報告有關中國粒子物理學家在改革開放以后如何開啟國際化。他們從層子模型——一個曾為毛澤東主席所青睞、受所處時代影響的物質結構理論——轉而接受國際主流的粒子物理學理論。我們很容易將這一轉變描述為中國科學家經歷特殊時期，終于恢復“真正的”物理學研究而姍姍來遲的一刻。然而，劉金巖告訴我，“實際情況比較復雜”。

劉金巖有理論物理學訓練背景。2013年，她從中國科學院理論物理研究所獲得博士學位，畢業論文題目與電荷－宇稱（CP）對稱性自發破缺相關。隨后她到中國科學院自然科學史研究所開始研究現代物理學史，是那里第一位擁有理論物理學博士學位的研究人員。她最初的研究課題正是層子模型構建的歷史及影響。

該模型本質上是一個關于強子——無論是重子（如質子和中子）還是介子（如π介子和K介子）——結構的理論。 該理論在中國的源起很特別。毛澤東對自然科學抱有濃厚興趣，并且相信物質是無限可分的。1963年，他讀到坂田昌一（S. Sakata, 1911—1970）的一篇文章，后者是一位深受馬克思主義影響的日本物理學家。

坂田昌一的論文題為“關于新基本粒子觀的對話”。這篇文章最初于1961年以日文發表，后來被翻譯為俄文。文章重申了坂田昌一自20世紀50年代以來的研究信念，即強子有更小的組分——如他所述，“那些基本粒子并非物質的終極要素”。當時很多中國學者仍密切關注昔日的政治和意識形態盟友蘇聯的出版物，這篇論文隨后從俄文轉譯為中文。

毛澤東認真閱讀了坂田昌一的文章，因為這似乎為其所主張的物質無限可分的思想提供了科學依據。

1963年，坂田昌一論文的中譯本發表在《自然辯證法研究通訊》。毛澤東可能是從他女婿那里得到了這期《通訊》，并非常認真地閱讀了坂田昌一的文章，因為這似乎為他的觀點提供了科學依據。這篇文章——無論日文原文還是中譯版——都引用了恩格斯（F. Engels）關于物質具有多層次的、分立但不同質的各部分的觀點。此外，它還援引了列寧（V. Lenin）的評論：“電子也是不可窮盡的”。

更廣泛的維度

“國際政治因素此時也開始顯現，”我們在CERN進一步探討該問題時，劉金巖這樣告訴我。20世紀50年代末，中蘇關系開始惡化，而此時中日之間的民間科技交流逐漸升溫。事實上，在1964年舉辦的北京科學討論會中，日本代表團規模最大，坂田昌一擔任團長。

會議期間，毛澤東親自祝賀坂田昌一的科學工作。后者后來回憶道，那是“我中國之行中最難忘的時刻”。1965年，坂田昌一的論文根據日文原版重新翻譯，其注釋版刊登在《紅旗》雜志和《人民日報》上，兩者為中共中央的機關刊物和報紙。

中國物理學家敏銳地意識到，他們可以借助毛澤東的興趣所帶來的契機，讓基本粒子物理學成為一個受到重視的研究方向。

當時中國物理學家很快將研究興趣聚焦到基本粒子的結構問題。大部分年輕成員雖然對哲學不是很有興趣，但意識到可以借助毛澤東的興趣所帶來的契機，推動基本粒子物理學這門學科在中國的發展。

于是，來自中國科學院、北京大學和中國科學技術大學的39名成員在已有基礎上組成了北京基本粒子組。1965至1966年，他們撰寫了數十篇論文，構建了一個同時受坂田昌一工作和夸克理論啟發且基于現有實驗數據的強子結構模型——層子模型。層子并非物質的最基本單元，而是物質結構無限層次中的一個層次。

劉金巖采訪了健在的、北京基本粒子組的絕大多數成員，并研究了模型細節。它不同于美國理論物理學家蓋爾曼（M. Gell-Mann）1964年提出的模型，后者認為夸克不是物理實體，而是數學要素。中國粒子物理學家當時獲得了重要支持。尤其是，他們可以使用計算機，而此前計算機一直專供緊迫的國防工作。不過，劉金巖補充道，“事實上，這些粒子物理學家并不一定經常需要使用計算機進行計算，但至少他們有了使用的機會。”

層子模型的高光時刻出現在1966年7月，當時北京基本粒子組成員在中國科學技術協會組織的北京暑期物理討論會上進行了報告。開幕式在人民大會堂舉行。參加這次會議的代表有來自倫敦帝國學院的薩拉姆（A. Salam）。薩拉姆是唯一受邀的西方知名物理學家，他之所以被邀請，是因為他的巴基斯坦總統科學顧問身份，而巴基斯坦被認為不屬于西方陣營。

有關層子模型的報告內容后來以“在毛澤東思想光輝照耀下探索基本粒子研究的道路”為題收錄在暑期物理討論會論文集中。該報告在當時被視為一份“戰斗性的文件”——旨在強調研究者們在毛澤東思想指引下開展研究，以批判“腐朽的封建、資產階級和修正主義意識形態”。

北京基本粒子組成員曾計劃在暑期物理討論會后用英文發表研究成果，使國際學界了解他們的工作。但那時“文化大革命”已經開始，因此這一計劃未能實現。“就這樣，”劉金巖告訴我，“這使得層子模型在中國之外的影響非常有限，因為當時絕大部分發表物都是中文，傳播范圍受限。”但坂田昌一卻對日本理論物理學家產生過重要影響，他曾合著有關中微子振蕩的關鍵論文[1]。

1966年北京暑期物理討論會開幕式

重新呈現這段歷史的努力

近年來，劉金巖通過對層子模型歷史的系統研究，為國際物理學界理解其價值提供了新的見解。她于2018年 在由中國科學院自然科學史研究所主辦的英文期刊Chinese Annals of History of Science and Technology上發表過一篇有關層子模型歷史的論文 [2]；2022年，她還出版了一部中文專著：《構建強子結構理論——中國物理學家的層子模型》[3]，書中描述了1966年后該模型的后續發展。模型所預言的層子尚未真正被發現，盡管在中國南方的一個宇宙線觀測站曾記錄到一次候選事例。

到1976年，量子色動力學（QCD）已被公認為是描述強子結構的正確理論。1980年1月，在位于香港附近的廣東省從化縣召開的一場會議上，層子模型基本被宣告結束。朱洪元，作為北京基本粒子組的主要領導者之一，在會上作題為“關于層子模型的回憶”的報告，標志著物理學的發展已向前推進。

我們在CERN見面時，劉金巖給我看過1980年那次會議的照片。“這是中國物理學史上的一次非常重要的會議，”她說，“華裔粒子物理學家悉數出席”。李政道和楊振寧在聯絡這些華裔物理學家方面做了大量工作，二人因在弱相互作用宇稱不守恒方面的工作分享了1957年諾貝爾物理學獎。

臨界點

西方人很容易輕視層子模型；格拉肖（S. L. Glashow）曾提議用“毛粒子（Maons）”來統一命名構成物質的所有這些假設的組成部分，以紀念毛澤東，因為他一貫主張自然界有更深的統一。劉金巖則認為這是一項重要研究，產生了許多意想不到的結果，例如推動了中國物理學研究的進步。“它為中國物理學家提供了一個研究基本粒子和量子場論的重要機會”。

層子模型還培養了粒子物理學青年人才，鍛煉了他們的研究能力。改革開放以后，這些物理學家迅速融入國際學界。“這段歷史，”劉金巖說，“展現了中國物理學家是如何巧妙地在復雜的社會環境中發展粒子物理學科的智慧。”

參考文獻

[1]MAKI Z, NAKAGAWA M, SAKATA S. Remarks on the Unified Model of Elementary Particles[J/OL]. Progress of Theoretical Physics, 1962, 28(5): 870-880. DOI:10.1143/PTP.28.870.

[2]LIU J. Chinese Physicists’ Construction of the Straton Model in Social Context[J/OL]. Chinese Annals of History of Science and Technology, 2018, 2(1): 85-122. DOI:10.3724/SP.J.1461.2018.01085.

[3] 劉金巖. 構建強子結構理論——中國物理學家的層子模型[M]. 濟南: 山東科學技術出版社, 2022.

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