南极洲 耗资90亿美元寻找上帝粒子,上帝粒子到底是什么?为什么如此重要


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2012年7月4日 , 全球粒子物理科学家齐聚澳大利亚墨尔本 , 第二天准备召开的国际高能物理大会 。
瑞士日内瓦的欧洲核子中心(CERN)神秘兮兮地宣布 , 明日会议将公布某项重大研究结果 。
第二天会场上 , 物理学家屏住呼吸 , 听完一场长达两个多小时的报告 , 得出一个结果:“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哪一种希格斯玻色子 。 ”
顿时 , 如雷的掌声爆发 , 世界沸腾了!
这句话意味着 , 在经历四十多年的寻找后 , 世界上最难找的粒子将凸显原形 。 希格斯玻色子 , 俗称“上帝粒子” , 这个陌生的粒子将是我们理解宇宙起源最重要的一个密码 , 因为它赋予其他物质以质量 。
会后 , 物理学家言:“这个发现就像哥伦布发现新大陆 。 ”
标准模型的故事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呢?
这个故事 , 要从40多年前的标准模型建立开始说起 。
20世纪60年代 , 爱丁堡大学物理学家彼得·希格斯创建“标准模型”理论 , 同时代的其他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 , 但是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陆续发现 , 它们都证实了标准模型 。
物理学家在验证和纠正标准模型的过程 , 产生了一个又一个的诺贝尔奖 , 很多粒子科学家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 。
我们所熟知的华人物理学家丁肇中 , 便凭此获得诺贝尔物理学奖 。
但这个“美妙”的理论只剩最后一块拼图 , 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“上帝粒子” 。
为了说明“上帝粒子”的重要性 , 物理学家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
验证希格斯玻色子存在的历程颇为艰辛 。 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 , 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最大实验项目——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” 。
【南极洲|耗资90亿美元寻找上帝粒子,上帝粒子到底是什么?为什么如此重要】这让物理学家希格斯承受了巨大的压力 。 因为整个实验造价高达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 。
虽然在60年代 , 年轻的希格斯教授曾因“标准模型”获得国际声誉 , 但在过去的十年 , 他似乎将过去的岁月沉寂在隐士的生活中 , 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 。
在此过程中 , 不断有理论出现 , 试图挑战标准模型的权威 。 有些理论学家甚至断言“上帝粒子”可能并不存在 。
2010年 , 欧洲核子中心主席豪威尔在接受采访时说:无论是否找到希格斯玻色子 , 结果都是同样令人惊喜 , 如果找不到的话 , 则意味着物理学界会有新的可能性 。
事实上 , 对于欧洲核子中心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 。

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