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Text File  |  1992-09-23  |  3.2 KB  |  62 lines
  1.                                                                                 NATURE, Page 116A Trinity of Families
  2.  
  3.  
  4. Scientists reduce all matter to three fundamental types
  5.  
  6.  
  7.     Mid-October is the season for naming Nobel laureates, but it
  8. is also a propitious time for scientists to reveal discoveries that
  9. may win future Nobels. Last week, even as this year's Nobel winners
  10. were reacting to their awards, two teams of physicists made just
  11. such a landmark announcement. In rival statements -- one from the
  12. Stanford Linear Accelerator Center in California, the other from
  13. the European Organization for Nuclear Research (CERN) in Geneva --
  14. scientists disclosed findings they say establishes beyond a
  15. reasonable doubt that the universe contains precisely three
  16. fundamental types, or families, of matter. No more, no less.
  17.  
  18.     No, they are not animal, vegetable and mineral. In fact, all
  19. the matter most people are familiar with can be subsumed within one
  20. family of particles. This family includes the common electron,
  21. which hovers around the nucleus of the atom; the "up" and "down"
  22. varieties of quarks, now known to be the constituents of protons
  23. and neutrons; and an obscure particle known as the electron
  24. neutrino. Neutrinos have no charge and no measured mass, yet are
  25. thought to be among the most abundant particles in the universe.
  26.  
  27.     The members of the other two families are even more elusive.
  28. Some have never been directly observed, and the others have only
  29. been spotted fleetingly in cosmic rays or high-energy particle
  30. accelerators. The second family consists of so-called "charmed" and
  31. "strange" quarks, muons and muon neutrinos. The third is made up
  32. of "top" and "bottom" quarks, tau particles and tau neutrinos. Last
  33. week's announcements do not preclude the possibility that other
  34. types of particles could be discovered, but they raise the odds
  35. against that happening, by Stanford's estimate, to better than 25
  36. to 1.
  37.  
  38.     These odds were calculated by observing the behavior of the Z
  39. particle, the heaviest known unit of matter. Zs are produced in
  40. the collision of smaller particles that have been accelerated to
  41. nearly the speed of light. By creating large numbers of Z
  42. particles, physicists were able to establish the energy range
  43. required to form a Z. Working backward from that energy range, they
  44. then calculated whether the laws of nature could accommodate more
  45. than the three known types of matter. Last week's results made it
  46. more than likely that the answer is no.
  47.  
  48.     Why is this important? Because gnawing uncertainty about the
  49. number of particle families had plagued two theories that are the
  50. foundation of modern physics: the Big Bang theory of the creation
  51. of the universe and the Standard Model of the building blocks of
  52. matter.
  53.  
  54.     The significance of the new findings was underscored by the
  55. haste with which they were revealed. The Stanford team, led by
  56. Burton Richter (a 1976 Nobel laureate), went public first, issuing
  57. a press release only one day before a European symposium at which
  58. CERN's findings were to have been presented. That led to charges
  59. of bad sportsmanship from some of the CERN team, led by Carlo
  60. Rubbia (1984 Nobel), whose results are said to be more accurate and
  61. even more definitive.
  62.