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知情人士称今年年底左右才能确认上帝粒子存在

发布时间:2012年07月09日 14:42 | 进入复兴论坛 | 来源:羊城晚报 | 手机看视频


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  CFP供图

  7月4日,位于瑞士日内瓦的欧洲原子核能中心向全球宣布年度最重大科学新发现:一种新亚原子粒子即希格斯玻色子疑似被发现,该粒子也被称作“上帝粒子”,它的发现或可解开万物质量的来源之谜。

  加拿大普利美特理论物理研究所博士后研究员叶鹏指出:“上帝粒子”与“上帝”没有任何关系,同时,它的发现与否都与人们生活无关。

  寻踪

  “上帝粒子”原是笑称

  “上帝粒子”已成为热词,然而在学界,科学家们并不认同这个称谓,而是将其朴实地称为“希格斯玻色子”,就连提出相关理论的英国爱丁堡大学教授希格斯教授也在6日正名道,“上帝粒子”这个名称是玩笑。

  希格斯表示,多年前有人撰写关于希格斯玻色子的文章时,觉得这种粒子实在太难找到,便开玩笑地将它称为“上帝诅咒的粒子”,后来编辑觉得这个名字不太好,就改成了“上帝粒子”。希格斯说,科学家们在进行严肃学术讨论时不会使用“上帝粒子”这个名称,但它的确非常吸引公众眼球。

  叶鹏解释道:“上帝粒子”的称谓是诺贝尔物理学奖获得者莱德曼Leon Lederman在一本书中使用的一个非学术用语,用于强调该粒子在粒子物理学中的重要地位。其实,严谨的物理学术语应该称之为“希格斯玻色子(Higgs boson)”。

  粒子构筑大千世界

  在粒子物理学的标准模型里,希格斯玻色子是假想的一种带质量基本粒子,也是唯一尚未被证实存在的粒子。希格斯玻色子被认为是物质的质量之源。1988年,诺贝尔物理学奖获得者莱德曼将其称为“指挥着宇宙交响曲的粒子”。

  自从牛顿提出万有引力以来,引力从何而来、什么是质量成为物理学家们探究的焦点。“为何有些亚原子粒子质量很大,有些质量很小甚至没有质量?” 1964年,物理学家彼得希格斯(Peter Higgs)提出一个观点:宇宙中存在一个能量场,即“希格斯场”(Higgs field),它可以赋予亚原子粒子以质量。组成希格斯场的无数希格斯玻色子作用于其他粒子,就像一群乞丐阻滞了路人,使后者表现出“质量”效应———越容易碰撞希格斯粒子的粒子,越难以被加速。于是乎,赋予了粒子重量。

  希格斯场的存在是宇宙中诸多星球形成的重要一环。在宇宙形成的最初期,所有粒子都没有质量,它们以光速跑来跑去。若宇宙一直在这样的无序状态下任由粒子自由奔跑,便不会形成任何星体。不过,在宇宙大爆炸发生大约10秒至12秒之后,“希格斯场”打开并随着宇宙的膨胀而增长。这样一来,不同的粒子在希格斯场的作用下产生了不同的重量,顶夸克(已知最重的粒子)等较重的粒子会深深陷进希格斯场中,而很轻的电子则继续自由移动。粒子们在希格斯玻色子构成的“海洋”———希格斯场中游弋,受其作用产生惯性,最终才有了质量。尔后,所有的粒子相互作用,统一于标准模型之下,构筑成大千世界。

  霍金输了100美元

  “我曾经和美国密歇根大学的凯恩教授打赌,认为希格斯玻色子不会被找到,看来我刚刚输掉了100美元。”英国物理学家史蒂芬·霍金在得知希格斯玻色子疑似被发现的消息后诙谐地说。然而,为了寻找这个像是被“上帝诅咒”的难寻粒子,科学家们历经了几十年的艰辛。

  位于欧洲核子研究中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC)是世界上最大的实验装置,它深埋在法国和瑞士的地下100米处,周长27公里。这个存在了28年之久,造价达几十亿欧元的庞大地下装置,最主要的目的是为了寻找被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子。从外观上看,强子对撞机就像个巨大的管道,它发射出质子,使其以接近光速的速度撞击,从而得到撞击时释放出的电子、光子、夸克,以及偶尔撞出的希格斯玻色子。由于希格斯玻色子很容易衰变成其他粒子,这些粒子又会进一步衰变成别的粒子,使得寻找希格斯玻色子耗时耗力。通常,物理学界一直利用最后观测到的光子等其他粒子来反推它们是由什么粒子衰变而成的。

  LHC上主要有4套大型实验装置,其中使用液体探测器的紧凑缪子线圈(CMS)装置是专门用来寻找希格斯玻色子和宇宙暗物质的。

  根据观测结果证明,CMS已经观测到了一种新的粒子,CMS发言人乔·因坎德拉表示,该玻色子质量在125.3±0.6京电子伏(GeV),置信区间为5个标准差,即有99.99994%的可信度表明该粒子存在。ATLAS(超环面仪器)主管费碧欧拉女士表示,他们的项目也发现了新的玻色子,质量为126.5GeV,置信度为5个标准差。但她表示,这只能证明ATLAS观测到了新的粒子,究竟是不是希格斯玻色子还有待确认。

  基于这两个发现,7月4日,欧洲核子研究中心(CERN)主管罗尔夫·豪雅在会议上表示,欧洲核子研究中心发现了一种新的粒子,而这种粒子很可能就是希格斯玻色子。不过,专家表示,5个标准差,换算成统计误差率,大约为0.00006%。在粒子物理学界,若要证实某一发现,数据统计确定性需要达到5个标准差;若要作为证据,统计确定性必须达到3个标准差。

  所以只能说希格斯玻色子是“接近发现”,确切结果还需进一步验证。知情人士表示,大约要到今年年底左右,才有可能确认它是否真是希格斯玻色子。

  影响

  堪比哥伦布发现新大陆

  英国物理学会主席彼得·奈特说,希格斯玻色子的发现与DNA和登陆月球相当!

  利物浦大学粒子物理系主任瑟密斯·布考克则称,对于物理学家来说,这次发现就像哥伦布发现美洲大陆。“欧洲核子研究中心CERN的实验组刚刚声称的发现,如果被学术界最终认定的话,那将成为粒子物理界最伟大的一个里程碑而永载史册。”叶鹏透露。也有专家表示,若最终确定此次发现的新亚原子粒子就是希格斯玻色子,那么支撑现代物理学的奠基性理论标准模型距离将被验证,万物质量来源之谜或可解开。

  宇宙大爆炸场景复原?占据宇宙质量96%的暗物质(暗能量)是何情况?希格斯玻色子的发现将是人类认识宇宙一面最直接的镜子。史蒂芬·霍金表示:应该给希格斯颁发诺贝尔奖。希格斯教授回应道:他在诺贝尔委员会中没有朋友告知相关消息,他并不知道自己会否获诺奖。

  找到希格斯粒子,并不意味着粒子物理的所有问题都解决了。在科学家们看来,许多猜想,比如电磁、弱、强力的统一学说,还需在更高能级下得到验证。“我们还有很长的路要走”, 欧洲核子研究中心的负责人罗尔夫·霍耶尔说:“别忘了,标准模型只能解释4%的宇宙。”占宇宙质量96%的暗物质仍然没有得到解释。(羊城晚报记者 刘玮宁 实习生 张闻逸)

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