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我们和“上帝粒子”有个约会3

2012-02-16 16:32:04

2012年是“上帝粒子之年”?

2012年元旦前后,“2012年是上帝粒子之年”的说法,成为诸多粒子物理学家和媒体的“最爱”。其实,早在在2010年,也广为流传“2011年是上帝粒子之年”的说法。如今2012年已经到来,上帝粒子却只流出些“绯闻”,真迹连影子也未显现。而据英国《每日邮报》在线版近期文章称,欧洲核子研究中心的秘书长罗尔夫·霍伊尔发表声明——如果希格斯玻色子确实存在的话,他们的科学家将在12个月内发现它们。

像这样一位风云粒子,关于它的各种捕风捉影也必是层出不穷。比较轰动的两次事件,第一回是在20107月,当时数家国外媒体报道了意大利帕多瓦大学物理学家的一篇个人博客文章。文章中称两个独立的信息源都表明美国费米实验室的万亿电子伏特加速器很可能已经发现了希格斯玻色子。但次日清晨,英国《新科学家》杂志却登文辟了谣,被卷入事件的主角——费米实验室,发布在推特(Twitter)上的言辞更是分外犀利:“这纯属一为求名气的博客作者散布的谣言” 。

另一次是2011年,同样是7月,物理界的两大圣殿级实验室——欧洲核子研究中心和费米实验室,都先后宣称“撞见”了希格斯玻色子的蛛丝马迹。不过,由于数据未经严格验证,两实验室都不敢言之凿凿。一方面承认已经过多位科学家认可,但同时强调不能排除是计算机模型缺陷、统计数据错误等造成的。这就像是有什么“发布日程表”似的,每年到了相应时间会就放出对应的类似消息。而且两次都是在“风波”之后不了了之。因而,有较偏激的声音认为,这些“花絮”实乃实验室们为了对资金方有个交代而在故弄玄虚。

一直以来,在“上帝粒子谁先发现”的跑道上,两大翘楚——欧洲核子研究中心与费米实验室,不断表现出你追我赶的风格,甚至两处科研人员也持有一种竞赛的风气。欧核中心凭借着他们大型强子对撞机“世界第一”的加速本领,站稳权威中的权威。

如今,费米实验室的万亿电子伏特加速器因为经费一直无着落,在奋力运转了26年之后,于不久前黯然关闭。不过,对于该加速器此前获取的海量数据,分析工作却并未完成。科学家将继续在数十亿次粒子撞击产生的碎片数据中,挥洒汗水寻找“上帝粒子”。 “孤身作战”的大型强子对撞机,现在成为搜寻“上帝粒子”的最关键所在。

不过,要证明希格斯玻色子确实存在,目前仍然缺乏足够证据,因为粒子物理学家通常要使用“西格玛”作为评判研究结果意义的标准。只有达到3西格玛水平,研究结果才可以算作一次“实验结果”;达到5西格玛,即统计误差只有百万分之一的情况下,才可以称为一次真正意义上的“正式发现”。

20111213公布的数据中,超导环场探测器小组研究结果的西格玛水平为2.3,压缩μ子螺旋型磁谱仪探测结果的西格玛水平则为1.9。因此,参与实验的物理学家们还将梳理更多数据以便进一步证实他们的研究成果。总之,大型强子对撞机的最新结果给出了希格斯玻色子存在的迹象,但没有到板上钉钉的程度,还需要更多的实验数据验证。现在可以预计的是,大型强子对撞机2012年将用一年或大半年时间完全俘获上帝粒子,然后将能量加倍。能量加倍的对撞机将会运行若干年,在此期间确定上帝粒子的性质,以及发现新物理。

大型强子对撞机上寻找希格斯可能发生的情况有三种:一是什么都没发现。这是最差的结果,很少人希望看到这样的现象发生。这将会对高能物理造成巨大的打击,因为不知道下一步该怎么走。二是大型强子对撞机上发现了希格斯玻色子,并且是“标准模型”所预言的,那么希格斯将获得诺贝尔奖。三是大型强子对撞机上发现了新粒子,但不是“标准模型”预言的,则表明发现有新物理,并预示新的研究方向。

最近,大型强子对撞机传来振奋人心的消息。据英国《每日邮报》20111223(北京时间)报道,参与大型强子对撞机的超导环场探测器小组的科学家们对大型强子对撞机进行的数万亿次高能对撞收集到的数据进行分析后证实,他们捕捉到了一种全新的子Chi_b(3P)。物理学家们多年前就认为宇宙间可能存在这种粒子,但一直没有发现它。据研究者发表在ArXiv.org网站上的文章介绍,这种新粒子是大型强子对撞机的超导环场探测器收集到的。

新发现的这种粒子由一个底夸克和一个反底夸克组成。夸克本身无法被看到,它们包含于粒子中并被强力‘绑’在一起,新发现证实了让粒子紧紧粘在一起的强相互作用理论的正确性,该理论也描述了原子核如何紧紧地粘在一起。如果科学家们能通过新粒子理解强力如何起作用,那么,就能预测宇宙间到底存在着哪种粒子。另外,利用所有这些不同的夸克,科学家们可以采用不同的方法让它们相互结合,并形成新的与质子一样的粒子,这些粒子接着能结合在一起形成元素。

新粒子和希格斯玻色子一样,都属于玻色子。不同的是,新粒子由两个较重粒子通过强相互作用力组成,而希格斯玻色子不能再分解成更小粒子。美国曼彻斯特大学的粒子物理学家斯蒂芬·索德纳-兰波德表示,尽管发现的并非希格斯玻色子,但最新发现仍然令人兴奋。新粒子作为大型强子对撞机的首次重要发现,具有里程碑作用:不但有助于完善基础物理理论体系以加快寻找希格斯玻色子,也证明了大型强子对撞机实验的有效性和可信性。这个发现可以看作一个铺垫,说明距离“上帝粒子”揭开面纱的时刻已经不远了。


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