尋找“上帝粒子”　答案有望改變對宇宙的理解

圖為探測器中顯示的粒子對撞后形成新粒子的運(yùn)動軌跡，歐洲核子研究中心2011年12月13日發(fā)布。新華社發(fā)

剛剛揭曉的2013年諾貝爾物理學(xué)獎，授予了比利時理論物理學(xué)家弗朗索瓦·恩格勒和英國理論物理學(xué)家彼得·希格斯，以表彰他們在預(yù)測希格斯玻色子上的工作。

那么，希格斯玻色子是什么，找到它為何如此重要？

這一粒子能夠解釋質(zhì)量的起源

希格斯玻色子是科學(xué)家按照粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言存在的一種粒子，最早在1964年由包括希格斯和恩格勒等在內(nèi)的6位物理學(xué)家提出。這一粒子的使命是：解釋質(zhì)量的起源。

中科院高能物理研究所研究員陳國明說，為解釋物質(zhì)的起源，物理學(xué)家假設(shè)了一套標(biāo)準(zhǔn)模型。但在建立模型時遇到一個問題：按照標(biāo)準(zhǔn)模型理論，基本粒子并沒有質(zhì)量，但實驗結(jié)果卻又清楚表明，除了光子以外的基本粒子都是有質(zhì)量的。它們的質(zhì)量從何而來？

為了解答這一疑問，希格斯創(chuàng)造性地提出了存在希格斯場，遍布在宇宙間，基本粒子是在與希格斯場的相互作用下獲得了質(zhì)量，而生成希格斯場的就是希格斯玻色子。

陳國明說，在物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型的62種基本粒子中，其他61種都已被實驗證實存在，只有希格斯玻色子這關(guān)鍵一環(huán)仍然懸而未決。假使它存在，將彌補(bǔ)粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型描述整個宇宙如何運(yùn)行的不足。

粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型所描述的所有物理現(xiàn)象和現(xiàn)有實驗結(jié)果幾乎全部吻合，只是希格斯玻色子一直沒有現(xiàn)身。而理論模型再完美也只能是假設(shè)，并不能令人信服地解釋現(xiàn)實世界。

“上帝粒子”一詞由出版商刺激科普書銷量流傳開來

根據(jù)希格斯的理論，在宇宙誕生的最初，并沒有希格斯玻色子，各種基本粒子都如光子一般，以光速橫沖直撞。宇宙誕生十幾秒后，希格斯玻色子誕生，并形成 “希格斯場”。除了光子，其他的基本粒子與希格斯玻色子發(fā)生碰撞后，就如同輕巧的棉花吸飽了水分一般，獲得了質(zhì)量，而速度則慢了下來。

在希格斯的理論中，沒有了希格斯玻色子，其他基本粒子就會仍以光速運(yùn)行，宇宙將仍然是一鍋沸騰的基本粒子湯，不能組成物質(zhì)，生命更無從談起。

1988年諾貝爾物理學(xué)獎得主萊昂·萊德曼著手介紹希格斯玻色子時，曾想用“上帝詛咒的粒子”作為書名，但出版商想出了一個更能刺激銷量的名字——“上帝粒子”，意為：找到它，就洞悉了上帝。從此，“上帝粒子”之名便流傳開來。

陳國明說，由于“上帝粒子”的使命在宇宙大爆炸初始就已經(jīng)完成，科學(xué)家要尋獲希格斯玻色子的蹤跡，就只有建造能量強(qiáng)大的對撞機(jī)，在里面給兩束高能粒子進(jìn)行加速并對撞，來模擬宇宙開始的時刻，讓它在實驗室里“復(fù)活”。

艱難的尋找，最終的答案將有望改變?nèi)祟悓τ钪娴睦斫?p>尋找“上帝粒子”并非易事。陳國明說，每萬億次的質(zhì)子對撞，才可能產(chǎn)生一次希格斯玻色子。這就好比在一大堆沙子中找出一顆金沙，且這?！敖鹕场鞭D(zhuǎn)瞬即逝，十億分之一秒后就會衰變成光子和強(qiáng)子等其他粒子。

2012年7月4日，歐洲核子研究中心宣布，該中心通過大型強(qiáng)子對撞機(jī)發(fā)現(xiàn)了一種新型粒子，其行為特征的一致性，意味著這很可能就是尋找多年的“上帝粒子”——希格斯玻色子。

2012年希格斯玻色子的“發(fā)現(xiàn)”，其意義被評價為如同萬有引力、進(jìn)化論、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)等的發(fā)現(xiàn)。不少科學(xué)家也認(rèn)為，這可能是“半個多世紀(jì)來最偉大物理學(xué)成就”。但“上帝粒子”的預(yù)言者仍與當(dāng)年的物理學(xué)諾貝爾獎失之交臂，一個重要原因是：仍不能確認(rèn)找到的新粒子是否就是“上帝粒子”。

今年3月，歐洲核子研究中心的科學(xué)家宣布，通過進(jìn)一步分析數(shù)據(jù)，他們越發(fā)確信在去年7月發(fā)現(xiàn)的新粒子就是“上帝粒子”。

值得一提的是，中國也是該對撞機(jī)的出資者之一，中國科學(xué)家也參與了發(fā)現(xiàn)“上帝粒子”的工作。

希格斯玻色子的發(fā)現(xiàn)，有望改變?nèi)祟悓τ钪娴睦斫?，對自然界的認(rèn)識也會向前推進(jìn)一大步。但發(fā)現(xiàn)了“上帝粒子”，并不意味著粒子物理學(xué)即將畫上圓滿句號。粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型不是萬能的，暗物質(zhì)、暗能量、物質(zhì)與反物質(zhì)不對稱等問題，它都不能解釋。這一切，還有待科學(xué)家們?nèi)ヌ骄?。（記者喻思孌 《 人民日報 》（ 2013年11月04日 20 版））

責(zé)編：林露、趙竹青

新聞來源：http://scitech.people.com.cn/n/2013/1104/c1057-23418587.html