為什么要尋找“上帝粒子”

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1、為什么要尋找“上帝粒子”2010年11月17日　　　　世界上一切物體都是有質(zhì)量的，我們?cè)谥袑W(xué)學(xué)習(xí)牛頓定律的時(shí)候，就把這當(dāng)成理所當(dāng)然的事情了。　　可是，為什么物體會(huì)有質(zhì)量？一直到上世紀(jì)50年代，好像也沒(méi)有人認(rèn)真地想過(guò)這回事兒。　　世界上有些人就愛(ài)刨根問(wèn)底兒，他們要尋找物質(zhì)世界構(gòu)成、運(yùn)轉(zhuǎn)的基本結(jié)構(gòu)、基本規(guī)律，尋找這世界何以會(huì)如此的終極真理。　　20世紀(jì)初期的時(shí)候，物理學(xué)家們好像已經(jīng)找到了終極真理，他們認(rèn)為，世界上一切事物都由原子構(gòu)成，而物質(zhì)世界的運(yùn)動(dòng)都受重力和電磁力的支配。　　但是后來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)，原子并不是構(gòu)成世

2、界的最基本粒子，原子內(nèi)部也是有結(jié)構(gòu)的：原子由原子核和電子構(gòu)成，原子核由質(zhì)子和中子構(gòu)成，而質(zhì)子和中子也不是基本粒子，它們是由各種夸克構(gòu)成的。深入到這樣的結(jié)構(gòu)中后，物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)，支配物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的不僅僅有我們?nèi)粘Ｉ钪心軌蚋惺艿降闹亓碗姶帕Γ€有我們?nèi)粘Ｉ钪袩o(wú)法感受的“強(qiáng)力”和“弱力”?！　∈虑榈竭@一步變得很混亂，用諾貝爾獎(jiǎng)得主、標(biāo)準(zhǔn)模型建立者之一的斯蒂芬·溫伯格的話(huà)來(lái)說(shuō)，那是“一個(gè)充滿(mǎn)挫折與困惑的年代”。物理學(xué)家必須致力于尋找一種統(tǒng)一的理論，來(lái)描述所有這些基本粒子及各種力出現(xiàn)的機(jī)制?！　∥锢韺W(xué)家們真是聰明，聰明

3、得匪夷所思。到上世紀(jì)60年代，物理學(xué)家們真的構(gòu)造出了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模型，那上面使用的語(yǔ)言是我們普通人想破了腦袋也理解不了的，但我們只要知道結(jié)論就可以了——標(biāo)準(zhǔn)模型描述了強(qiáng)力、弱力及電磁力這三種基本力(還差重力沒(méi)有包含進(jìn)來(lái))以及所有基本粒子的構(gòu)成機(jī)制。　　要了解一點(diǎn)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模型的神奇性，通過(guò)這一點(diǎn)就可見(jiàn)一斑了。標(biāo)準(zhǔn)模型中引入了英國(guó)物理學(xué)家希格斯提出的一種機(jī)制，通俗地理解是這樣：空間中充滿(mǎn)著希格斯粒子，當(dāng)加速基本粒子時(shí)，容易碰撞希格斯粒子者就較難加速(質(zhì)量較大)，碰撞幾率較低者即容易加速(質(zhì)量較小)。由此可以說(shuō)，物質(zhì)本

4、身無(wú)所謂質(zhì)量，質(zhì)量是物質(zhì)與希格斯粒子的相互作用。　　可是就是這樣一個(gè)叫人匪夷所思的模型，它的更神奇之處在于，基于這個(gè)理論的很多預(yù)言居然被一個(gè)又一個(gè)激動(dòng)人心的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了。當(dāng)1995年3月2日，美國(guó)費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室向全世界宣布他們發(fā)現(xiàn)了頂夸克時(shí)，被標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言的61個(gè)基本粒子中的60個(gè)都已經(jīng)得到了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的支持與驗(yàn)證！　　但是還剩一個(gè)幽靈沒(méi)找到，那就是讓所有物質(zhì)獲得質(zhì)量的，在標(biāo)準(zhǔn)模型中占有基礎(chǔ)性地位的，被一些人稱(chēng)為“上帝粒子”的那個(gè)——希格斯粒子?！　∫欢ㄊ莻€(gè)“大塊頭”　　為什么希格斯粒子到現(xiàn)在還沒(méi)有找到？原因其實(shí)也很

5、簡(jiǎn)單，說(shuō)起來(lái)很容易理解：它的質(zhì)量一定足夠大，以往使用的粒子對(duì)撞機(jī)能量還不夠大，還不足以把它撞出來(lái)?！　』谄褚堰\(yùn)行多年的美國(guó)費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的萬(wàn)億電子伏特加速器(Tevatron)以及其它加速器所做的工作，科學(xué)家推斷希格斯玻色子的質(zhì)量在114至185GeV之間?！　ふ依碚摷僭O(shè)中的希格斯粒子的另一個(gè)困難是，它極不穩(wěn)定，如果確實(shí)存在，它將在碰撞后10億分之一秒的時(shí)間內(nèi)衰變，因此要想捕捉到它極不容易?！　∈聦?shí)上希格斯就認(rèn)為，費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的Tevatron加速器可能已經(jīng)獲得了希格斯玻色子存在的數(shù)據(jù)，“只是還沒(méi)有從數(shù)據(jù)分析

6、中找到而已”。　　但是有一個(gè)“大家伙”的建成和投入使用，已經(jīng)使科學(xué)家們獲得了足夠的信心：由于它所達(dá)到的能量已經(jīng)足夠大，因此這將是一個(gè)判決性實(shí)驗(yàn)——如果真有希格斯粒子存在，它一定能探測(cè)到，不像以往的實(shí)驗(yàn)設(shè)備存在漏網(wǎng)的可能性；反過(guò)來(lái)的說(shuō)法也成立，如果它仍然不能探測(cè)到希格斯粒子，就說(shuō)明這東西根本不存在?！　∵@個(gè)“大家伙”就是于2003年開(kāi)始興建的歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)。它位于法國(guó)和瑞士邊境地區(qū)地下100米深、約27公里長(zhǎng)的環(huán)形隧道中，耗資總計(jì)約20億美元。在撞擊器內(nèi)那條27公里長(zhǎng)的圓形隧道，超導(dǎo)磁鐵會(huì)把質(zhì)子和

7、離子，加速至接近光速，然后相撞，在極細(xì)微空間爆發(fā)十萬(wàn)倍太陽(yáng)溫度的超級(jí)高溫。這一刻就像宇宙大爆炸之后，釋放大量能量和基本粒子，冷卻后形成組成物質(zhì)的質(zhì)子和中子?！　W洲核子研究中心主任羅爾夫·霍伊爾說(shuō)，“如果我們足夠幸運(yùn)的話(huà)，我想明年就能有所成就?！薄　≌业胶?，還是找不到好？　　對(duì)于歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)正在進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，物理學(xué)家們當(dāng)然是給予了高度的關(guān)注，但他們的心態(tài)卻各有不同。　　出生于1929年的希格斯說(shuō)，希望能在迎來(lái)自己80歲生日前證實(shí)希格斯粒子的存在。他幽默地說(shuō)：“如果屆時(shí)還是沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，那我只能祝愿自己活得再長(zhǎng)

8、久一些了?！钡麖?qiáng)調(diào)，如果總是不能證實(shí)希格斯粒子的存在，那么他將“非常、非常困惑”，因?yàn)樗盁o(wú)法想象除此之外還能怎樣解釋物質(zhì)是如何獲得質(zhì)量的”。　　但也有人說(shuō)，許多理論物理學(xué)家都覺(jué)得，比起找到45年前就被預(yù)測(cè)的無(wú)趣老粒子，失敗反而有趣多了?！　∈聦?shí)上，即便找到希格斯粒子也不能解決所有問(wèn)題。原有的標(biāo)準(zhǔn)模型本來(lái)就有一些缺陷，比如無(wú)法解釋暗物質(zhì)以及太陽(yáng)中微子振蕩。倘若真的找到了希格斯粒子，證明標(biāo)準(zhǔn)模型是多