派对上的不速之客
1936年，科学家已经解决了原子的结构问题，量子论也对其做出了精确的预测。上一次人们这样信心满满还是在马克斯·普朗克的灯泡实验之前，我们相信这种事情不会再发生了。怎么可能还需要别的东西呢？
好吧，正如我们经常引用的罗比·伯恩斯的诗句所说：“哪怕是老鼠和人类最周密的计划，也没有考虑到μ子场的存在。”
卡尔·安德森通过云室中的正电子轨迹发现了反物质。这真是太棒了，但它并没有令任何人感到震惊，因为反物质在QED的预料之中。1936年让所有人震惊的是他在云室里发现的另一条轨迹，其行为几乎与电子完全相同……除了重量是电子的200倍。
这种叫作“μ子”（渺子）的粒子性质与电子相同，能与光子场耦合，并遵循费曼图的规则。它只是“胖”一些，而且就我们所知，它对我们的理论来说完全是画蛇添足。
原子中不包含μ子，因为它寿命较短，持续时间约为0.000002秒，它出现在宇宙中，但完全没有明显的价值。μ子场是未曾有人预测也无人寻求的新场，当诺贝尔奖得主伊西多·拉比被告知存在这样一个场时，他非常惊愕，愤怒地大声说：“这是谁规定的？”[1]
μ子非常重，因此具有很高的能量，就像一根蓄力的吉他弦抑制了温和的振动，μ子场的波动可迅速将能量转移到电子场，使重粒子衰变成轻粒子（即μ子变成电子）。
1974年，同样的事情又发生了。马丁·佩尔发现了一个更重的电子，τ子（也叫“陶子”），质量是电子的3,500倍，寿命甚至更短。[2]
结果表明，电子和正电子并不是独一无二的。在这个由电子、μ子、τ子及其反物质孪生兄弟组成的粒子家族中，电子和正电子是最轻的。人们把这6种粒子统称为“轻子”。这个词源自希腊语中的“leptos”，意思是小。它们的存在让人有些不安。
曾经，我们以为所有的物理定律都在某种程度上有益于生命。μ子和τ子的发现挑战了这一观点，因为似乎大自然有时会做一些与我们无关的事情。没有μ子和τ子，我们也会活得很好。无论它们存在的理由是什么，显然我们不需要它们。
μ子和τ子有一些更多样的用途，比如探测金字塔的内部（它们比电子更重，穿透更深）。但除此之外，大自然似乎毫无缘由地把电子分成了三份，而且不只是轻子有这种分裂。
粒子动物园
我们很难探测到宇宙射线粒子，因为它们大多与地球大气层相互作用，永远不会到达地表。为了看得更清楚，塞西尔·鲍威尔决定在安第斯山脉的山顶安装一组粒子探测器，看看会发现什么。1947年，在如此高的地方，鲍威尔发现了一种他称之为“π介子”的粒子。π介子的电荷与中子相同，但质量更轻。
几个月后，克里福德·巴特勒以同样的方式发现了K介子。然后在1950年，科学家发现了λ粒子，它就像一个很重的质子。接下来我们发现了Ξ粒子、eta粒子和ω粒子，到20世纪70年代初，我们已经有400多种新粒子需要追踪。[3]
我们原本简洁的收藏品现在看起来更像是一场乱糟糟的聚会，每五分钟就有一个新的不速之客到来。罗伯特·奥本海默说，我们应该把诺贝尔奖颁给没有发现新粒子的物理学家[4]。恩里科·费米则十分沮丧，他说：“如果我能记得这么多粒子的名字，那我就可以做一个植物学家了！”[5]
尽管在数学上很复杂，但量子场论被认为是对物理学基本定律的一种优雅的描述。丑陋的粒子药水画不出这样一幅图画。
这让人想起一个世纪前化学领域发生的事情。人们不断发现着具有各种性质的新化学元素，等人们意识到原子是由更小的物质—今天我们所熟知的质子、中子和电子—构成时，各种困惑才得以解开。物理学家希望同样的事情也会发生在粒子身上。
