希格斯玻色子小档案

2012年07月04日科技
【新唐人2012年7月4日讯】(中央社日内瓦4日路透电)瑞士日内瓦附近的欧洲核子研究中心(CERN)科学家,今天公开他们在搜寻希格斯玻色子(Higgs boson)上的最新发现。这种次原子粒子是137亿年前大爆炸(Big Bang)之后,恒星、行星乃至生物形成的关键。

● 希格斯玻色子是什么?

在说明宇宙基本结构的标准模型(Standard Model)理论上,希格斯玻色子是尚未寻获的最后一块拼图。标准模型预测出的另11种粒子已经找出,若再寻获希格斯玻色子,便可使标准模型获得证实。但若排除希格斯玻色子存在的可能性,或是发现更奇特的东西,那么将迫使科学家重新思考宇宙的构成。

科学家相信,在大爆炸后的第十亿分之一秒,宇宙有如1大碗粒子汤,以光速四处移动,没有质量可言。这些粒子是在与希格斯场(Higgs field)互动之下才获得质量,最终形成宇宙。

希格斯场是理论上的能量力场,无法目击,遍布在整个宇宙。有些粒子不会受到希格斯场影响,因此没有质量,比如组成光的光子。

想像美国影星乔治克隆尼(George Clooney)(希格斯玻色子)走在街上,周围有一群摄影师(希格斯场)围绕着他,一名普通男子走在同条街上(光子),没有获得狗仔注意,继续过着他的一天。希格斯玻色子就是希格斯场的特征,就像其中一名摄影师的睫毛。

希格斯玻色子是理论上的粒子,在1964年由6名物理学家首次提出相关假设,其中一人是英国人希格斯(Peter Higgs)。

搜寻希格斯玻色子是在1980年代认真展开,一开始是在芝加哥附近的费米实验室(Fermilab)现已封存的“正负质子对撞机”(Tevatron)上进行,其后在欧洲核子研究中心的类似机器上进行。但在2010年后,随着欧洲核子研究中心大型强子对撞机(Large Hadron Collider)的启动,而进行得最密集。

● 标准模型是什么?

标准模型之于物理学,犹如演化论之于生物学。这是物理学家对于宇宙如何构成的最佳解释。标准模型认为有12种基本粒子存在,这些粒子受到4种基本作用力支配。

不过宇宙是个大地方,标准模型只能解释其中一小部分。科学家知道,在我们可以目视的物质以及必然存在的物质之间有缺口。这个缺口一定是由我们尚未完全了解的东西充塞,他们称之为“暗物质”。星系相互远离的速度,也比我们所知让它们分离的力量还快。这个空隙则由“暗能量”补足。这两个我们不怎么了解的东西,据信占宇宙质量和能量96%。

证实标准模型或者可能修正这个模型,将朝物理学圣杯迈进一步,也就是包含暗物质、暗能量与地心引力的“一切理论”,这也超出了标准模型所能解释。这也有助于理解更深奥的观念,像是平行宇宙的可能性。

欧洲核子研究中心发言人吉里斯(James Gillies)曾表示,就像爱因斯坦(Albert Einstein)的理论是围绕着牛顿(Isaac Newton)的研究而发展,欧洲核子研究中心数千名物理学家正在进行的研究,也有可能在爱因斯坦研究的基础上更上层楼。

● 大型强子对撞机是什么?

大型强子对撞机是世界上最大且最强的粒子加速器,是27公里长的环状管路,座落于瑞士与法国边界下方100公尺的隧道上,斥资30亿欧元建造。

两束质子从管路相反方向发射出,然后相互碰撞,每秒创造出好几百万次的粒子碰撞,以复制大爆炸若干分之一秒后的状况,据信当时希格斯场已“启动”。

因此产生的大量资料,交由数排电脑检查。在数兆次的粒子碰撞中,只有极少数的状况可展现出希格斯玻色子。这让寻找希格斯玻色子的速度慢下来,只有渐次进展。

● 证实的门槛是什么?

要声称有新发现,科学家自己设定出他们称为“5个标准差”(5 Sigma)的确认目标,使他们根据粒子加速器资料所作结论纯属统计凑巧的机率,降低到100万分之一以下。

欧洲核子研究中心寻找希格斯玻色子的两个团队称为Atlas与CMS,他们现在有两倍资料,让他们可在去年年底声称“貌似瞥见”希格斯玻色子,这也许足以使他们的成果跨过门槛。(译者:中央社张晓雯)

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