bq5_org 格斯发现了将是 新粒子被发现或颠覆人类宇宙观
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新粒子被发现或颠覆人类宇宙观

发布时间:2015/5/26 6:16:02|浏览次数:

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欧洲核子研究中心(CERN)7月4日在瑞士日内瓦和澳大利亚墨尔本召开“高能物理跨州视频会议”,CERN主管罗尔夫·豪雅在会议上表示,他们发现了一种新的粒子,而这种粒子很可能就是寻找多年的“上帝粒子”──希格斯玻色子(Higgs boson)。

计算机6月10日作出的LHC中的希格斯玻色子模拟图。(MSNBC图)


什么是希格斯玻色子?

自然界中物体之间的相互作用力可以划分为4种,即引力(重力)、电磁力、强相互作用力和弱相互作用力。在爱因斯坦的相对论解决了重力问题之后,理论物理学家开始尝试在微观物理中建立统一的粒子模型,以解释通过后3种力相互作用的所有粒子,该模型被称为标准模型,物理学家把基本粒子分为夸克、轻子和玻色子3大类,并预言了62种基本粒子的存在。该标准模型中的61种基本粒子都已经被实验证实存在,希格斯玻色子是标准模型中唯一一种未被发现的基本粒子,它也是电子和夸克等形成质量的基础,被称为物质的质量之源。其他粒子在希格斯玻色子构成的场中,受其作用生成惯性,从而有了质量。如果该粒子真的是质量之源,那么这种“上帝粒子”将是人类认识宇宙的一面最直接的镜子:因为如果作为质量之源的它确实存在,物理学家就可能因此推测出宇宙大爆炸时的情景以及占宇宙质量96%的暗物质(包括暗能量)的情况。

为了发现希格斯玻色子,也为了探索宇宙的起源,世界各国共同资助欧洲核子研究中心兴建了了LHC。该设备位于瑞士和法国边境地区地下100米深的隧道中,总长约27公里。LHC上主要有4套大型实验装置,其中使用液体探测器的紧凑缪子线圈(CMS)装置是专门用来寻找希格斯玻色子和宇宙暗物质的,而使用晶体(双光子道)探测器的超面环仪器(ATLAS)装置则被用来寻找额外维度和质量起源(而质量起源同希格斯玻色子息息相关)等新物理学问题。

会议结果震惊世界

由于很多粒子的存在时间非常短,无法被观测到,所以物理学界一直利用最后观测到的光子等其他粒子来反推它们是由什么粒子衰变而成的。CMS发言人Joe Incandela在会议上演示了观测数据,并给出了根据该数据进行运算的最终结果。Joe表示,“正是由于LHC今年的出色表现,使得‘今天’的结果成为可能。”根据双光子事件、双Z玻色子和4轻子事件的观测结果证明,CMS已经观测到了一种新的粒子,“虽然是初步的结果,但数据很是很给力!”他表示,该玻色子质量在125.3±0.6京电子伏(GeV),置信区间为5个标准差(即有99.99994%的可信度表明该粒子存在),根据此前顶夸克发现的前例(发现该粒子时,置信区间也是5个标准差),可以宣布发现了新粒子。

随后ATLAS主管Fabiola Gianotti女士也在发言中表示,他们项目也发现了新的玻色子,质量为126.5GeV, 置信度为5个标准差。但她表示,这只能证明ATLAS观测到了新的粒子,究竟是不是希格斯玻色子还有待确认。但是给出的数据表明,ATLAS观测的新粒子与标准模型语言的希格斯玻色子相符的置信度已经达到了4.6个标准差──已经相当接近可以宣称为发现的5个标准差了!

二者的发言均引来了在场观众经久不息的掌声,CERN研究总监Sergio Bertolucci表示,“很难不为这些研究成果感到激动。我们去年曾表示,到2012年,要么发现新的疑似希格斯粒子,要么推翻整个标准希格斯模型。我们正处在一个关键节点:新粒子的发现,将使我们将来能够对实验数据进行更加详尽的解读。”

希格斯玻色子理论的创始人皮特·希格斯教授也应邀出席了此次会议,这位83岁的英国老人兴奋的像个孩子,他向整个CERN表示了祝贺:“恭喜你们做出了伟大的成就。很高兴我能在活着的时候看到这一天的到来。”

究竟是不是希格斯玻色子?

理论物理学家霍金肯定对今天的结果很不高兴,因为他认为人类在很长一段时间内不可能发现希格斯玻色子。不过他为此打赌的100美金还没有输掉,因为今天的会议依然无法证实,发现的粒子就是希格斯玻色子无疑。

Joe和Fabiola在会后的新闻发布会上反覆向媒体表示,今天的结果只能证明我们发现了符合标准模型的新玻色子,这种玻色子究竟是什么,我们还无法确认,但CERN总监罗尔夫·豪雅表示“我们发现的是一种新粒子(不一定是希格斯波色子),这才是让我们激动的地方”。CMS小组也在其网站上表示,虽然我们发现了符合希格斯玻色子基本模型的粒子,但并没有确认发现希格斯玻色子,因为我们仅仅关注了该粒子的质量本身,它可能是其他具有该质量的粒子。为了确认我们所发现的就是希格斯玻色子,我们还需要确认它的自旋为0,正确的耦合比等等。这些将是我们今后的工作,但这个发现依然让人激动。

是的,无论确定与否,这都将是本年度甚至是今后十年间物理学界最重要的发现。罗尔夫·豪雅先生在会议结束前深情地向世界各地的科学家和爱好者表示,今天的成就是世界各国共同努力的结果(中间插一句,中国也在此项目上贡献了大量的人力物力),正是因为世界共同出资建设LHC以及配套的实验、计算设施,才有了今天的成功。“今天是历史性的里程碑,但仅仅是个开始”,“世界各国依然要在今后的工作中通力合作”。

正如CERN官方宣称的那样:“希格斯玻色子触手可及”──“我们对宇宙的理解,将要改变!” 














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