淮南联合大学副教授：奇 云

科学家“撞见”了“上帝粒子”？

自1899年汤姆逊发现电子至今的一个多世纪时间里，人类一直孜孜不倦的探索微观世界的奥秘。粒子物理学模型的建立，使人类对物质微观结构的探索几乎达到了尽善尽美的地步。但是，仍然有一个神秘的基本粒子，游离于人类的掌控之外。众多的物理学家坚信：它是质量之源，承载着世间万物的终极本质；它能穿越时空，游走于过去和未来之间；它也可能会击垮物理大厦，让粒子物理学模型彻底崩塌。它就是有“上帝粒子”之称的基本粒子——希格斯玻色子（Higgs boson）。

2011年12月13日，欧洲核子研究中心举办了研讨会。研讨会上，参与大型强子对撞机（简称LHC）项目的两个独立科研团队宣布，他们分别使用超导环场探测器（简称ATLAS）和压缩μ子螺旋型磁谱仪（简称CMS，又叫“紧凑渺子线圈”）两台探测器，发现了希格斯玻色子的“踪迹”。

压缩μ子螺旋型磁谱仪团队的科学家宣称，他们的实验结果出现误差的几率为5%。而超导环场探测器团队的科学家则表示，他们的实验结果出现误差的几率仅为1%。尽管这还都不符合一项基本粒子“正式的科学发现”所要求的百万分之一的误差几率；但研究者仍然认为，实验结果是“令人兴奋”的。

希格斯玻色子是当代粒子物理学“标准模型”理论所预言的一种粒子，被认为是物质的质量之源。一旦验证了希格斯玻色子的存在，物质质量起源之谜就会被彻底揭开；有了希格斯玻色子的加入，粒子物理学的“标准模型”理论就取得了相当大的成功。如果希格斯玻色子被证明确实存在或不存在，那将是过去100年中最重大的科学发现之一，其重要意义将丝毫不亚于上世纪的几大突破，包括爱因斯坦首次系统阐述的量子物理学。

2012年新年来临之际，著名的美国《科学》杂志发表预测：“2012年，粒子物理学家们或者将找到希格斯玻色子，或者将证明其根本就不存在。”有科学家认为，与其说这是一个预测，不如说是一项事实。目前，大型强子对撞机正在以惊人的速度生成数据。除非发生故障，希格斯玻色子必定会出现，或者被明确视为不存在。这差不多是一种数学上的必然性。大型强子对撞机项目的两个科研团队也表示，如果大型强子对撞机一直很好地工作，两个探测器将获得足够多的数据，并于2012年年底之前证实或者否定希格斯玻色子是否存在。

“上帝粒子”是什么粒子？

希格斯玻色子是什么粒子？何以被称为“上帝粒子”？这里面还有一段曲折的故事。

物理学家们早已发现，物体之间千差万别的相互作用，可以简单划分为4种力，即引力（重力）、电磁力、维持原子核的强作用力和产生放射衰变的弱作用力。在爱因斯坦的相对论解决了重力问题之后，人们开始尝试建立一个统一的模型，以期解释通过后3种力相互作用的所有粒子。经过长期研究和探索，美国物理学家史蒂文·温伯格于1967年建立起被称为“标准模型”的粒子物理学理论。“标准模型”的出现，使得各种粒子如万鸟归林般拥有了一个共同的“家园”。但是，这一“家园”有个致命的缺陷，那就是该模型无法解释物质质量的来源。

为了修补上述理论大厦的缺陷，温伯格借用由英国爱丁堡大学的物理学家彼得·希格斯于1964年提出的“希格斯机制”。在希格斯机制里，宇宙大爆炸最初，所有的粒子都没有质量。当宇宙逐渐冷却，直到温度低于一个临界值时，一个看不见的力场通过与其相关的粒子形成了。这个力场现在称为“希格斯场”，而该粒子称为“希格斯玻色子”。在希格斯机制中，希格斯场存在于整个宇宙，任何粒子相互作用都通过希格斯玻色子赋予了一定的质量。粒子间相互作用得越多，则质量越大。因此，从不与其他粒子相互作用的粒子完全没有质量（如光子）。换句话说，假设出的希格斯玻色子是物质的质量之源。其他粒子在希格斯玻色子构成的“海洋”中游弋，受其作用而产生惯性，最终才有了质量。尔后，所有的粒子在除引力外的另3种力的框架中相互作用，统一于“标准模型”之下，构筑成大千世界。

“希格斯机制”为“标准模型”提供了一个令人满意的解决方案，而且与现有的理论和实验现象所符合。但问题是，这个神秘的“上帝粒子”，一直和人们玩着“躲猫猫”的游戏，从未有人通过实验来观测到希格斯玻色子。曾几何时，人们似乎已经发现它的踪影，而它好像只是故意在人们面前闪现一下身影，然后就如同幽灵般消失。人们建造了多种粒子加速器，希望一窥“上帝粒子”的蛛丝马迹。尤其是大型强子对撞机的建成，更是激发了人们捕获“上帝粒子”的信心。然而，“上帝粒子”总是若隐若现，揭秘的时间也是一推再推。科学家们相信，2012年“上帝粒子”能给我们一个准信。