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上帝粒子接近发现:成就堪比登月

(2012年07月05日 08:03:53)
来源:新浪科技

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上帝粒子接近发现:成就堪比登月

上帝粒子接近发现:成就堪比登月
  7月4日,英国科学家彼得·希格斯出席研讨会。 新华社/路透

  新京报讯 (记者金煜)全球物理界沸腾了。追寻将近半个世纪后,昨日,位于日内瓦的欧洲原子核能中心向全球宣布,找到一种新亚原子粒子,这种粒子与之前预言构成质量的“上帝粒子”、即希格斯玻色子(可简称希格斯子)特征“一致”。

  若最终确定此次发现的新亚原子粒子就是希格斯玻色子,那么粒子物理学中缺失的重要一环将会填补,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。

  意义

  “成就堪比登月”

  欧洲原子核能中心(CERN)有着世界上最大的实验装置——大型强子对撞机(LHC),其横跨法国和瑞士,这个长达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。

  日内瓦昨日9时,欧洲原子核能中心通过网络向全球播放其最新进展的研讨会。研讨会上,两座各自独立的实验室递交了最新报告,均展示了一种新粒子存在的强有力证据。

  CERN主席豪威尔说:“我们有了个‘发现’……我们观测到了一种新粒子,符合希格斯子的条件。不过到底是什么粒子,问题仍待回答。”

  现场最重量级的是四个物理学理论家,其中三个人完善了标准模型理论,另一个人彼得·希格斯则创建了这个理论,标准模型中最后一个粒子以他命名。昨天台下就座的希格斯流下热泪。

  发布会现场,英国物理学会主席彼得·奈特说,此次LHC的成就与发现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。

  展望

  是否为希格斯子需确认

  “虽然是初步结果,但5标准差和125吉电子伏特的结果让我们确信,这是一个新粒子,”昨日,实验室发言人乔·因坎代拉说,“我们确认,它必须是一种玻色子,而且是我们迄今为止发现的最重的玻色子。这一发现意义重大……我们必须极其努力地继续研究与反复核校。”

  在墨尔本观看了视频的中科院高能物理研究所院士陈和生则说,希格斯等距离诺贝尔奖不远了。陈和生表示,目前还需要进一步确定发现的是希格斯玻色子。CERN现在打算全力以赴地在今年之前给出最终答案,明年大型强子对撞机就将进入两年的大修期。

  根据计划,此次研究的正式结果将在7月底在学术期刊上发表。陈和生表示,届时,论文作者将是参与了所有两个实验项目的科学家,共3000多人,其中,也有六七十人是参与合作的中国科学家。

  彼得·希格斯

  有关希格斯子的理论最早是在1964年由6位物理学家共同提出来的,其中就包括英国爱丁堡的彼得·希格斯教授。他们当时提出这一粒子的目的就是为了解释质量的起源。理论上,这一粒子的存在将正好补全描述整个宇宙如何运行的物理学标准模型的缺陷,因此它便显得尤其重要。

  声音

  大家都非常激动。我从学生开始做到现在,都在寻找希格斯子,也从来没有这么激动的时候。

  ——华人科学家钱剑明

  居里夫人发现原子核的时候,人们也不知道后来会有核武器、核发电,还可以用来治病……人类想搞清楚自然界规律,就是一种好奇心,对真理的追求,我们不能要求科学研究一定马上要有用,但从历史经验来看,科学物理学研究的成果会转变成巨大的生产力。

  ——中科院高能物理研究所院士陈和生

  ■ 释疑

  如何知道发现了上帝粒子?

  如果在LHC加速器中进行的数以十亿计的对撞实验中真的产生了希格斯玻色子,根据预测,它应当是不稳定的,会迅速衰变为更加稳定,质量更小的粒子。物理学家们需要对这些衰变产物进行分析,并且通过分析来推断这种被称为“上帝粒子”的神秘粒子是否存在。

  新发现为何还需确认?

  在分析过程中,希格斯玻色子是否存在会从数据图形的峰值中体现出来。然而即便科学家们发现了这样的峰值,他们也不能就此宣布发现了希格斯玻色子,只有当他们确认这一信号是统计误差的概率低于一定标准时才能比较有把握地宣布发现结果。

  欧洲核研究组织在昨日的声明中说,两座各自独立的实验室都发现了这种亚原子粒子,质量范围在125至126吉电子伏特之间。两家实验室都宣布,数据结果的统计确定性为5西格玛,或5标准差。

  5西格玛,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标准差;若要作为证据,统计确定性必须达到3标准差。所以现在说是“接近发现”。

  若证实并不存在会怎样?

  如果实验确认这样的粒子实际上并不存在,那么现有的标准模型将需要彻底改写,而我们对于宇宙的认识也将发生革命性的改变。

  昨日,澳大利亚阿德莱德大学物理学家安东尼·托马斯说:“在过去40多年里,人们一直在寻找希格斯玻色子。如果不是它,全世界所有理论学家都得绝望地退回到原点。”

  欧洲核研究组织物理学家伊夫斯·西罗伊斯说:“发现的那个粒子也许不是希格斯玻色子,而是一种比希格斯玻色子大很多的粒子,那么,它也会打开一扇门,开启一套比‘标准模型’走得更远的新理论。” (金煜 仲玉维)

  “上帝粒子”对人类意味着什么

  ■ 五洲茶座

  “上帝粒子”若确实存在,将使得科学家解释世界的一种假说有可能得到证实。

  据报道,欧洲核子研究中心的科学家4日表示,他们在寻找希格斯粒子、也就是所谓的“上帝粒子”的研究过程中发现了一种新型亚原子粒子,该粒子符 合希格斯粒子的属性。而美国能源部下属的费米国家加速器实验室项目发言人罗布·罗泽说:“我们的数据有力地显示希格斯粒子的存在。”

  科学家宣布发现“上帝粒子”的存在意味着,科学家解释世界的一种假说将有可能得到证实。

  要理解“上帝粒子”,不妨回忆一下牛顿发现万有引力定律的故事。尽管研究人员已经证明,苹果并没有砸中牛顿脑袋,但是牛顿却看见了一个苹果掉了 下来。牛顿思考的是,为什么苹果会垂直地掉到地上?一定是有什么在拉它,比如是地球的引力在拉它。而地球拉苹果说明苹果是有质量的。

  那么,物体的质量从何而来?在牛顿故去后的400年,英国爱丁堡大学物理学家希格斯猜想:有一种粒子赋予其他粒子质量。他于1964年提出,在 137亿年前的大爆炸中,希格斯粒子使物质得到质量,万有引力则将质量变成重量,使恒星和行星都得以诞生,最终孕育生命。如此,也解释了为何苹果会掉到地 上。

  “上帝粒子”只不过是科学家用以解释世界的一种理论或假说。过去,科学家已经指出,支配物质运动的不仅仅有我们日常生活中能够感受到的重力和电磁力,还有我们日常生活中无法感受的“强力”和“弱力”。

  20世纪60年代,物理学家们构造出了一个标准模型来解释世界,标准模型主要描述了强力、弱力及电磁力这三种基本力以及所有基本粒子的构成机 制。标准模型预言有61个基本粒子,其中有60个都已经得到了实验数据的支持与验证,现在人们也已听到最后的一个基本粒子——希格斯粒子的脚步声。

  如果发现或找到了这种粒子,那就意味着质量是物质与希格斯粒子的相互作用的结果。但是,即便科学家找到了“上帝粒子”也并不意味着世界获得圆满 解释。因为科学家说,组成我们生活的世界是由物质和暗物质构成的,而标准模型只能解释4%的宇宙,占宇宙质量96%的暗物质仍然得不到解释。

  当然,如果现在科学家听到的“脚步声”并非希格斯粒子的声音,那么,解释世界就可能会有另外的假说,而且这样的假说也未必不能解释世界。例如, 在太空,苹果是不会掉下的,只是在空间飘浮。这或许与希格斯粒子无关。宇宙和我们生存的世界一直存在,只是科学家们现在尚无法圆满解释这个世界而已。

  □张田勘(学者)



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