上帝粒子六問 - 上帝粒子是什么

　　昨日，歐洲核子研究中心(CERN)確認發(fā)現(xiàn)了希格斯玻色子，這個發(fā)現(xiàn)在整個科學界引起了一場不小的騷動。不過對于霍金來說可能就帶點小苦澀，因為此前，他跟美國密歇根大學的戈登教授打了個賭：CERN不會發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子。當時定下的賭金為100美元。

　　在CERN確認發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子之后，霍金表示該研究中心的發(fā)現(xiàn)非常得了不起，他說如果這個新發(fā)現(xiàn)的例子衰變的交互數(shù)量跟他們預期想象的一樣，那這將成為 粒子物理Standard Model的有力證據(jù)，它將能夠解釋到目前為止的所有試驗。另外，霍金看來不得不付給密西根大學的戈登教授100美元。

　　“上帝粒子”希格斯玻色子六問

　　什么是希格斯-玻色子?

　　希格斯粒子是一種亞原子粒子，也就是說，理論上認為它應當是構成宇宙的最基本組成部件之一。但是它仍然有待實驗觀測證實?？茖W家們提出的物理學標準模型預言了這種粒子的存在，其作用是解釋為何其它粒子會擁有質(zhì)量。根據(jù)這一理論，在宇宙大爆炸之后，一種看不見的力，即希格斯場和與之相對應的粒子——希格斯-玻色子一同形成。正是這個場賦予其它基本粒子以質(zhì)量的屬性。

　　為何這一粒子如此重要?

　　希格斯場賦予整個宇宙中其它粒子以質(zhì)量的方式可以用游泳者在水池中受到的水的阻力來做比喻。如果粒子沒有質(zhì)量，它們便可以在宇宙中以光速前進，因為質(zhì)量的本質(zhì)便是對物體改變其速度的制約性。

　　這種粒子最早是什么時候被提出來的?

　　有關這一粒子的理論最早是在1964年由6位物理學家共同提出來的，其中就包括英國愛丁堡的皮特·希格斯(Peter Higgs)教授。他們當時提出這一粒子的目的就是為了解釋質(zhì)量的起源。

　　理論上，這一粒子的存在將正好補全描述整個宇宙如何運行的物理學標準模型的缺陷，因此它便顯得尤其重要。但是和其它構成宇宙基礎構建的基本粒子不同，希格斯粒子至今仍然隱匿無蹤，沒有能在實驗中被觀察到。

　　如何對其進行搜尋?

　　歐洲核子中心的大型強子對撞機(LHC)是人類有史以來建造的最強大的粒子加速器，它的工作原理是將兩束質(zhì)子流以接近光速的速度迎頭相撞，在此過程中得到其它粒子。

　　在1989年至2000年之間，科學家們也曾使用同樣位于歐洲核子中心的另一臺加速器LEP進行搜尋工作，而在今年年初由于經(jīng)費不足被關停之前，美國的Tevatron加速器也進行過對這一神秘粒子的搜尋工作。物理學家們表示，目前所收集的數(shù)據(jù)仍處于分析階段，或許它們最終將會對搜尋玻色子產(chǎn)生有益的影響。

　　那么科學家們?nèi)绾文苤雷约壕烤故欠癜l(fā)現(xiàn)了這樣的粒子呢?

　　如果在LHC加速器中進行的數(shù)以十億計的對撞實驗中真的產(chǎn)生了希格斯-玻色子，根據(jù)預測，它應當是不穩(wěn)定的，會迅速衰變?yōu)楦臃€(wěn)定，質(zhì)量更小的粒子。物理學家們需要對這些衰變產(chǎn)物進行分析，并且通過分析來推斷這種被稱為“上帝粒子”的神秘粒子是否存在。

　　在分析過程中，希格斯粒子是否存在會從數(shù)據(jù)圖形的峰值中體現(xiàn)出來。然而即便科學家們發(fā)現(xiàn)了這樣的峰值，他們也不能就此宣布發(fā)現(xiàn)了希格斯粒子，只有當他們確認這一信號是統(tǒng)計誤差的概率低于100萬分之一時才能比較有把握的宣布發(fā)現(xiàn)結果。

　　如果最終發(fā)現(xiàn)，或者沒有發(fā)現(xiàn)這樣的粒子存在，意味著什么?

　　如果希格斯粒子最終被證實完全符合理論預期，那么這樣可能會讓物理學家們有一點點失望，因為他們原本指望此次在LHC的實驗將會拓展人類對于宇宙的認識。但是從另一方面來講，如果實驗確認這樣的粒子實際上并不存在，那么現(xiàn)有的標準模型將需要徹底改寫，而我們對于宇宙的認識也將發(fā)生革命性的改變。