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寻找最后一块积木

www.zgfxnews.net 来源:北京科普之窗 发布时间:2012-01-11 08:48:00

最大目的就是为了寻找物质结构的这最后一块积木。LHC能够让质子更猛烈地相撞,从而粉碎出更高能量的粒子——之前对撞机的能量都不足以撞出希格斯粒子。 “希格斯粒子只是在宇宙创生之初昙花一现,它在完成使命之后马上就衰变掉而香消玉殒了。”……

上周世界各大媒体纷纷报道:一位物理明星疑似在阿尔卑斯山下的地道里出没,照片冲洗中!“希格斯”,最后一颗尚待发现的基本粒子,可能在大型强子对撞机里显露蛛丝马迹。

十几年前,它阴差阳错被冠以“上帝粒子”之号,从此备受媒体青睐,尽管物理学家们反对这个大而无当的头衔。

只要发现希格斯粒子,公认的“标准模型”预言的62种基本粒子就都有了实物依据——夸克等粒子之所以有质量,是因为希格斯场像一锅粘稠的汤,阻滞了它们。爱丁堡大学教师希格斯1964年在一篇短文中提出了这个概念。如果确认上帝粒子存在,这位80多岁的苏格兰人肯定会获得诺贝尔奖。

2009年,多国共同出资在日内瓦湖畔的隧道里建成大型强子对撞机(lhc),最大目的就是为了寻找物质结构的这最后一块积木。lhc能够让质子更猛烈地相撞,从而粉碎出更高能量的粒子——之前对撞机的能量都不足以撞出希格斯粒子。

“希格斯粒子只是在宇宙创生之初昙花一现,它在完成使命之后马上就衰变掉而香消玉殒了。”中科院理论物理所研究员杨金民介绍说,“寻找它的踪迹一直是高能物理的一个重要目标。”由于希格斯粒子本身比较重而且不带电不带色(色是一种让夸克牢牢结合的属性),它在对撞机上比较难找。

而lhc制造的高能量对撞,有科学家指出,将在一个极小尺度上重现宇宙大爆炸之后短时间内的能量密度,在日常世界里见不到的各种原始粒子从中涌现,包括希格斯粒子。

“希格斯粒子产生的几率非常低,每1012次的质子对撞才可能产生一次。”中科院高能物理所研究员陈国明参与了lhc的实验。他介绍说,希格斯粒子如果产生也会很快衰变,10亿分之1秒后就变成了光子和轻子。

每一秒钟,lhc质子对撞发生4000万次。海量的监测数据,通过网络分散到世界各地的计算机上,还原出对撞现场。简单说来,如果有特殊的情形(比如cms检测到四个缪子散射等等),就可能是撞出了希格斯粒子所致。

用lhc寻找希格斯粒子的科研团队有两个,分别使用超环面仪器(atlas)和紧凑渺子线圈(cms)两种探测器。几万亿电子伏特能量的质子群,在4个地点迎头相撞。atlas和cms分别检测其中两个对撞点。两年以来寻找未果,最近却传出好消息:两个实验组都独立分析出了希格斯粒子出没的迹象,尽管有效样本还没有达到确认的概率,但希望很大。

得出意见前两个小组没有彼此交流。atlas组将希格斯粒子质量限制在115到130gev的范围,并认为在126gev附近迹象最明显。而cms组排除了127gev以上的区域,同时表示数据倾向于确定希格斯粒子的质量为124或119.5gev。

回想今年8月,当lhc的科学家宣布在145ev以上的能量范围没有发现希格斯粒子后,很多科学家和媒体都怀疑,希格斯粒子是否根本不存在——著名科学家霍金就打赌说不存在。如果这样,“标准模型”就必须修改了。

峰回路转,一个月前cms研究组首次观察到“一些超出”;atlas研究组也在11月末观察到“明显的超出”。这些结果在12月13日公布后,引起了科学家圈子里的热烈反应。关键曲线上的一小片突起,让人们相信蕴藏着希格斯粒子的信息。

当然,对撞产生的其他粒子,可能衰变方式与希格斯粒子相似,必须更精细地辨别。因此研究组表示,已发现的“突起”在统计学意义上不足够显著,因而还不能下任何判断。

atlas的研究人员丹尼尔·福尼尔对媒体表示,虽然新的实验结果将确定性提高到了99,但仍远远不能算是已经发现。“对科学家来说,所谓确定就是出现错误的可能性不超过万分之五。”

尽管如此,万分之五的标杆看来距离并不太远,这个新年假期依然鼓舞人心。科学家的当务之急是抓紧计算分析,在2012年给公众一个清晰的答案。(本报记者 高博)

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