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十問“上帝粒子”:新發現背后的謎團

十問“上帝粒子”:新發現背后的謎團

2012-07-11 11:55:27

  對撞機的基本原理,是通過消耗大量能源給粒子加速,再讓兩束具有巨大動能的粒子對撞。能量越高,粒子相互轟擊時發生的作用就越大,越容易產生希格斯粒子。此前費米實驗室的Tevatron(萬億電子伏特加速器)和歐洲的電子對撞機從上世紀80年代開始運行,一直沒找到希格斯粒子,后來發現就是因為能量太低。因此LHC從一開始就寄托著尋找希格斯粒子的最后希望。

  科技日報:去年CERN格蘭薩索實驗室過早公布未經驗證的“中微子超光速”錯誤結論,引起了學界的一些批評。這次CERN和費米實驗室如此“高調”地公布發現新粒子,是否也有追求轟動效應,甚至說在歐債危機下爭取公眾支持、爭取科研經費的考慮?

  陳國明:此次所用的數據截止到今年6月中旬,而6月底就要完成數據處理,得出結論。這次公布結果,可以說在時間上確實很趕,很緊張,主要原因是為了在7月7日在澳大利亞開幕的世界物理學大會之前發布,在會上迎接全球同行的審議。另一方面恐怕也有爭取公眾支持的因素。

  但與無心得出“中微子超光速”結論的OPERA項目不同,LHC的主要目的就是為了尋找希格斯粒子,自從2010年3月開始運轉以來也取得了這一階段所需的數據,而數據積累越多,實驗靈敏度就越高,越有可能做出發現。應該說今年收獲結果不算晚也不能算早,在預期時間之內。

  此外,每個實驗都從兩個獨立衰變到找到這個新粒子,而每個衰變道都有多個獨立的研究小組得到一致的結果、CMS和ATLAS兩個實驗都取得了一致的研究結果,2012年的結果也與2011年的一致,加上確定性水平達到5西格瑪(在統計學上為“真”的比率是99.99994%),出現“烏龍”的可能性應該說還是很小的。

  至于美國費米實驗室公布的結果,在靈敏度和價值上要低于LHC,而且他們的Teratron加速器去年底已經關閉了,這次是對以前數據重新分析。

  科技日報:目前CERN也尚未確認這次發現的新粒子就是希格斯粒子,您認為要真正確認“上帝粒子”已經找到,還需要做哪些工作?

  陳國明:雖然這次發現新粒子的一些特征,比如產率(出現幾率)、衰變模型等與之前預言的希格斯粒子相吻合,但現在統計性太少,還不能確定這個新粒子的各種特性,因此這次也可能發現的是另一種新粒子。

  以目前取得的數據,要最終確認希格斯粒子的存在恐怕還遠遠不夠,仍然需要更多的實驗數據積累。可能還需要再建一個高能量的直線正負電子對撞機,才能更仔細、準確地驗證這個結果。不過要建這個對撞機,耗資會相當于數百億人民幣,跟LHC差不多,需要國際合作來實現。

  并非所有物質理論模型都給“上帝粒子”留了位置,為了物理學的未來,必須搞清楚它的存在與否

  科技日報:既然希格斯粒子被稱為物理學家夢寐以求、苦苦尋覓的“圣杯”,為什么霍金此前堅持認為希格斯粒子不存在?為什么前幾年尋找希格斯粒子的過程中,時常會出現一些懷疑之聲?

  陳國明:其實在物理學界,并不是所有人都相信希格斯粒子必定存在。像我是做實驗物理的,此前也確實不完全相信它的存在。但畢竟希格斯粒子的存在與否,事關物理學標準模型的根基。無論相信、反對還是懷疑希格斯粒子的存在,大家都希望盡快把這個問題弄清楚,因此才會投入這么大的項目進行研究。

  在理論物理學領域,標準模型并不是唯一的金科玉律。其他還有像超對稱理論,認為存在多種希格斯粒子,且與標準模型當中的希格斯粒子有很大不同;而霍金等一些科學家則支持超弦理論,這種理論能把包括引力在內的自然界全部4種基本作用力統一起來,這是標準模型和超對稱理論做不到的;但超弦理論中并沒有希格斯粒子的位置。正因為這個,霍金才會出100美元跟人打賭說希格斯粒子并不存在,不過他打輸了。

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