上帝粒子:可能已经发现了99.99994%_上帝粒子论文

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2012年7月,伦敦奥运很热闹。同样是这个月,欧洲还有一件大事,让全球物理学界也“奥运”了一把。7月4日,位于日内瓦的欧洲原子核能中心宣布,找到一种新亚原子粒子,这种粒子与预言的“上帝粒子”即希格斯玻色子特征“一致”。

希格斯玻色子被认为是物质的质量之源,“上帝粒子”是1988年诺贝尔物理学奖获得者莱德曼对它的别称。

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。牛顿论证了苹果有质量,但苹果的质量从何而来,牛顿没说。

物体的质量从何而来?苹果落地的问题其实只解决了一半。

这个问题牵扯到粒子物理学。科学家认为,自然界中物体之间的相互作用可划分为4种力:引力(重力)、电磁力、强相互作用、弱相互作用。在爱因斯坦相对论解决了重力问题后,人们开始尝试建立统一的模型,以期解释通过后三种力相互作用的所有粒子。为此,科学家建立起被称为“标准模型”的粒子物理学理论,该理论把基本粒子分成三大类:夸克、轻子和玻色子。但这个标准模型有个缺陷:无法解释物质质量的来源。

在牛顿故去后400年的1964年,英国物理学家希格斯猜想,“有一种粒子赋予其它粒子质量”,所有粒子在除引力外的另三种力的框架中相互作用,统一于“标准模型”之下。“标准模型”预言了62种基本粒子的存在,现在这些粒子基本都被实验所证实,只有被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子一直未被发现。

而正是这个粒子,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。

高能光子对撞后形成粒子的运动轨迹模拟图

2008年,在横跨法国和瑞士的边境地区,历经14年时间、耗费巨资的大型强子对撞机建成,这是全世界最强大的粒子加速器设备,它的一系列研究课题中就包括寻找“上帝粒子”。大型强子对撞机包含一个圆周为27公里的圆形隧道,位于地下50米~150米之间,走完全程要花4个多小时,可以将百慕大、摩纳哥和4个梵蒂冈塞进它所占的区域内。

2012年7月4日,全世界物理学家的目光都投向了这里。在当天下午举行的发布会上,大型强子对撞机两个探测器的主管分别宣布,他们找到了一种新的亚原子粒子,这种粒子很可能就是物理学家们苦苦寻找了近半个世纪的“上帝粒子”希格斯玻色子,可能性有99.99994%。

欧洲核子研究中心CMS团队发言人乔·因坎德拉将他们的发现描述为“在过去30年甚至40年间最大的新发现之一”。48年前预言了希格斯玻色子存在的英国物理学家皮特·希格斯,应邀出席了发布会,已经83岁的他流下了激动的泪水,表示“这真的是我生命中最不可思议的奇迹”。

新发现的粒子是否就是“上帝粒子”,还需要等待漫长的验证。澳大利亚阿德莱德大学物理学家安东尼·托马斯说:“在过去四十多年里,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。”即使这并非“上帝粒子”,同样它也会打开一扇门,开启一套比“标准模型”走得更远的新理论。

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