“上帝粒子”駕到 更多未知等待人類

2012-7-8 11:31:11 | tags | views

7月4日,全球大部分的粒子科學家則聚集在澳大利亞墨爾本,準備第二天召開的國際高能物理大會。此時,瑞士日內瓦的歐洲核子中心(CERN)異乎尋常地宣布,將公布某項研究結果。世界屏住呼吸,聽完了全長兩個多小時的報告,得到這樣一個結果:“我們發現了一種新的玻色子,很可能是希格斯玻色子,但我們必須確認它是哪一種希格斯玻色子。”如雷的掌聲爆發了,世界沸騰了!

 

這句話意味著,在經歷了四十多年的尋找后,世界上最難找的粒子將凸顯原形。希格斯玻色子,俗稱“上帝粒子”,這個陌生的詞,卻是我們理解宇宙起源最重要的一個密碼,因為,它賦予其他物質以質量。有物理學家說,“這次發現就像哥倫布發現了新大陸。”

標準模型的故事

7月4日之后,歐洲核子中心的官方主頁很自信地貼出一行大字:“希格斯玻色子觸手可及,我們對宇宙的認識即將改變!”

希格斯玻色子是何方神圣?它為何能左右我們對宇宙的認知?這個故事,要從40多年前的標準模型建立開始說起。

上個世紀60年代,物理學家彼得·希格斯創建了“標準模型”理論,而另外3位物理學家,完善了這個理論。此后,標準模型成為認識物質世界的理論基礎,其意義就像進化論之于生物學界。

根據標準模型,宇宙誕生時,出現了62種粒子和四種力,這些粒子大部分轉瞬即逝,只有質子、中子和電子才構成了今天的物質。

其余61個粒子在半個世紀中被人們一一發現,它們都證實了標準模型。物理學家驗證和糾正標準模型的過程,是產生諾貝爾獎的富礦,很多人都為此去了斯德哥爾摩。據統計,歷屆諾獎物理學獎至少有四分之一是和標準模型及夸克理論相關的。著名華人物理學家丁肇中,便憑此獲得了諾貝爾物理學獎。

但這個“美妙”的理論只剩最后一塊拼圖,這塊拼圖就是希格斯玻色子。由于這塊拼圖苦尋不至,人們把它稱為“上帝詛咒的粒子”,久而久之,就簡化成了“上帝粒子”。

為了說明“上帝粒子”的重要性,希格斯創建了一個特別的概念“希格斯場”。希格斯認為,在宇宙大爆炸過程中,形成一種無形卻到處存在的場,上帝粒子就存在于這個場內。當有些粒子與上帝粒子遭遇時,它們會降低速度,獲得質量,而另一些粒子則會不受阻礙地繼續前進。

如果這個假設為真,那標準模型就可以得到徹底的驗證,而如果不存在上帝粒子的話,這個“完美”的標準模型顯然出了問題,理論學家需要重新書寫整個理論。

耗資90億美元

不過,這條驗證之路走得頗為艱辛。自然界的“上帝粒子”是在宇宙誕生之初存在的,并不存在于今天的世界中,如果要尋找它,則必須人工還原宇宙大爆炸時的場景。

這就是歐洲核子中心打造的世界最大實驗項目——大型強子對撞機(LHC)的目的:人工模擬大爆炸,人為地創造“上帝粒子”。

但是無論對于理論物理學家還是實驗物理學家來說,壓力都是存在的。

壓力最大的就是希格斯本人,整個實驗的造價高達90億美元,來自全球各國近1萬名科學家,長達幾十年的工作,都是為了證實或者證偽他所提出的理論。

愛丁堡大學教授希格斯似乎將過去的歲月沉寂在隱士的生活中,雖然60年代時,年輕的他曾因“標準模型”獲得國際聲譽,但是,在過去的十年,人們對這個造價昂貴的對撞機到底能否找到“上帝粒子”的懷疑讓他變得焦慮起來。

在這個過程中,一些新的理論也逐漸出現,試圖挑戰標準模型的權威。有的理論學家甚至認為,“上帝粒子”可能實際上并不存在。

歐洲核子中心主席豪威爾2010年在接受本報記者采訪時說,無論是找到還是找不到希格斯玻色子,結果都是同樣令人驚喜的,如果找不到的話,則意味著物理學界新的可能性。

事實上,對于LHC這尋找物理界圣杯的行為來說,結果的可能性不光只有“找到”和“找不到”兩種可能:希格斯玻色子是一種名叫玻色子的粒子,如果符合標準模型要求的話,則是希格斯玻色子,但如果不符合的話,也有可能是其它形式的玻色子。

現在,CERN的官方說法是,找到了一種符合希格斯玻色子條件的新粒子。其意思是,科學家們找到了一種新的粒子,它產生的范圍符合理論學家針對希格斯玻色子出現的計算范疇。而主席豪威爾則對外說:“對于外行來說,我們是找到了;對于內行來說,還需要進一步確認。”

費米實驗室主任皮爾·奧登則是這么表達他的看法的:“如果它看著像是只鴨子,走路也像只鴨子,那它就是一只鴨子。”

科學界或許并不相信眼淚,但這一次,老希格斯的眼淚,令全世界為之動容。這位83歲的老人說,“很高興我能活著看到這一天的到來”。

未來:更多的未知等待人類

CERN方面表示,目前能夠確定的是玻色子,但是否是希格斯玻色子則會盡全力在今年之前確認。一旦上帝粒子最終在學術期刊上徹底地確認了的話,那諾貝爾物理學獎評委會也將忙碌起來了,根據其原則,如果理論被實驗驗證,那最先發現理論的人將獲得諾貝爾獎。

但從科學史看,理論再偉大,也只有在特定的范圍內才是正確的。牛頓力學是經典的,但當運動速度接近光速時則無法運用,其錯誤被愛因斯坦意識到,確立了相對論。同樣,標準模型雖然即將被證實,但其依然位于微觀世界,無法解釋宏觀世界中的萬有引力。標準模型中,或許也有一些錯誤,從這個錯誤中,可以打開更大的門,尋找更大范圍的理論,而新出現的“粒子”,或許可以是一把鑰匙。

科學雜志《新科學家》撰文寫道:“希格斯玻色子是標準模型的最后一塊拼圖,但我們知道,這個模型之外,還有其它的粒子和力。”這意味著,盡管上帝粒子可能是驗證標準模型最后一塊拼圖,但它絕對不是人類認識宇宙真理的最后一塊拼圖。

《新京報》

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