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上帝粒子驾到

2018-10-31 14:18:00

“上帝粒子”驾到

7月4日,全球大部分的粒子科学家则聚集在澳大利亚墨尔本,准备第二天召开的国际高能物理大会。

此时,瑞士日内瓦的欧洲核子中心(CERN)异乎寻常地宣布,将公布某项研究结果。

世界屏住呼吸,听完了全长两个多小时的报告,得到这样一个结果: 我们发现了一种新的玻色子,很可能是希格斯玻色子,但我们必须确认它是那一种希格斯玻色子。 如雷的掌声爆发了,世界沸腾了!

这句话意味着,在经历了四十多年的寻找后,世界上难找的粒子将凸显原形。希格斯玻色子,俗称 上帝粒子 ,这个陌生的词,却是我们理解宇宙起源重要的一个密码,因为,它赋予其他物质以质量。有物理学家说, 这次发现就像哥伦布发现了新大陆。

标准模型的故事

7月4日之后,欧洲核子中心的官方主页很自信地贴出一行大字: 希格斯玻色子触手可及,我们对宇宙的认识即将改变!

希格斯玻色子是何方神圣?它为何能左右我们对宇宙的认知?这个故事,要从40多年前的标准模型建立开始说起。

上个世纪60年代,物理学家彼得 希格斯创建了 标准模型 理论,而另外3位物理学家,完善了这个理论。此后,标准模型成为认识物质世界的理论基础,其意义就像进化论之于生物学界。

根据标准模型,宇宙诞生时,出现了62种粒子和四种力,这些粒子大部分转瞬即逝,只有质子、中子和电子才构成了今天的物质。

其余61个粒子在半个世纪中被人们一一发现,它们都证实了标准模型。物理学家验证和纠正标准模型的过程,是产生诺贝尔奖的富矿,很多人都为此去了斯德哥尔摩。据统计,历届诺奖物理学奖至少有四分之一是和标准模型及夸克理论相关的。着名华人物理学家丁肇中,便凭此获得了诺贝尔物理学奖。

但这个 美妙 的理论只剩一块拼图,这块拼图就是希格斯玻色子。由于这块拼图苦寻不至,人们把它称为 上帝诅咒的粒子 ,久而久之,就简化成了 上帝粒子 。

为了说明 上帝粒子 的重要性,希格斯创建了一个特别的概念 希格斯场 。希格斯认为,在宇宙大爆炸过程中,形成一种无形却到处存在的场,上帝粒子就存在于这个场内。当有些粒子与上帝粒子遭遇时,它们会降低速度,获得质量,而另一些粒子则会不受阻碍地继续前进。

如果这个假设为真,那标准模型就可以得到彻底的验证,而如果不存在上帝粒子的话,这个 完美 的标准模型显然出了问题,理论学家需要重新书写整个理论。

耗资90亿美元

不过,这条验证之路走得颇为艰辛。自然界的 上帝粒子 是在宇宙诞生之初存在的,并不存在于今天的世界中,如果要寻找它,则必须人工还原宇宙大爆炸时的场景。

这就是欧洲核子中心打造的世界实验项目 大型强子对撞机(LHC)的目的:人工模拟大爆炸,人为地创造 上帝粒子 。

但是无论对于理论物理学家还是实验物理学家来说,压力都是存在的。

压力的就是希格斯本人,整个实验的造价高达90亿美元,来自全球各国近1万名科学家,长达几十年的工作,都是为了证实或者证伪他所提出的理论。

爱丁堡大学教授希格斯似乎将过去的岁月沉寂在隐士的生活中,虽然60年代时,年轻的他曾因 标准模型 获得国际声誉,但是,在过去的十年,人们对这个造价昂贵的对撞机到底能否找到 上帝粒子 的怀疑让他变得焦虑起来。

在这个过程中,一些新的理论也逐渐出现,试图挑战标准模型的权威。有的理论学家甚至认为, 上帝粒子 可能实际上并不存在。

欧洲核子中心主席豪威尔2010年在接受本报采访时说,无论是找到还是找不到希格斯玻色子,结果都是同样令人惊喜的,如果找不到的话,则意味着物理学界新的可能性。

事实上,对于LHC这寻找物理界圣杯的行为来说,结果的可能性不光只有 找到 和 找不到 两种可能:希格斯玻色子是一种名叫玻色子的粒子,如果符合标准模型要求的话,则是希格斯玻色子,但如果不符合的话,也有可能是其它形式的玻色子。

现在,CERN的官方说法是,找到了一种符合希格斯玻色子条件的新粒子。其意思是,科学家们找到了一种新的粒子,它产生的范围符合理论学家针对希格斯玻色子出现的计算范畴。而主席豪威尔则对外说: 对于外行来说,我们是找到了;对于内行来说,还需要进一步确认。

费米实验室主任皮尔 奥登则是这么表达他的看法的: 如果它看着像是只鸭子,走路也像只鸭子,那它就是一只鸭子。

科学界或许并不相信眼泪,但这一次,老希格斯的眼泪,令全世界为之动容。这位83岁的老人说, 很高兴我能活着看到这一天的到来 。

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