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发现“上帝粒子”

微纪录 / Story Journal 2012年07月13日 14:49

尽管最终结果仍需验证,但仍令科学家们充满期待

  欧洲核子研究中心7月4日宣布,该中心的“紧凑缪子线圈”(CMS)和“超环面仪器”(ATLAS)项目均发现了一种新的粒子,具有和科学家们多年以来一直寻找的被称为“上帝粒子”的“希格斯玻色子”相一致的特性。该消息一经发布,引起了全球科学界的广泛关注。那么发现这种疑似“希格斯玻色子”的粒子究竟有何重大意义?它将对科学界产生怎样的影响?中国科学家在其中发挥了怎样的作用呢?

    ATLAS和CMS研究小组在7月4日举行的学术研讨会上介绍各自研究成果,分别确认目前通过大型强子对撞机取得的数据发现了在125-126吉电子伏特质量区间存在一种新的粒子,数据的确定性为5西格玛,即理论物理界可以确认“发现”的水平。而这个新的粒子疑似科学家多年以来一直寻找的希格斯玻色子。

  所谓希格斯玻色子是物理学基本粒子“标准模型”预言的一种自旋为零的玻色子,因1964年提出“希格斯机制”理论的英国爱丁堡大学物理学家彼得·希格斯而得名。“标准模型”预言了62种基本粒子的存在,希格斯玻色子是最后一种未被证明存在的基本粒子,由于它难以寻觅又极为重要,因此也被称为“上帝粒子”。

  中国科学家团队成员、中国科技大学近代物理系教授 刘衍文:

  所谓“上帝粒子”就是我们标准模型中的希格斯粒子,它是为了解释自然起源而引入的一个假说,就是预言一个自旋为零的标量粒子,由于一本科普书上把它称为“上帝粒子”,所以老百姓更接近这个“上帝粒子”的说法。

  “上帝粒子”自旋为零,其他粒子在它的作用下产生质量,为宇宙的形成奠定基础,被称做粒子物理学经典理论大厦的“最后一块基石”。科学家普遍认为,希格斯玻色子若能被发现,其意义将可以与哥伦布发现新大陆、人类登陆月球相提并论。

  中国科学家团队成员、中国科技大学近代物理系教授 刘衍文:

  如果发现的粒子是希格斯(粒子)的话,那么我们对于基本粒子自然起源的猜想就被证实了,就是我们那探索宇宙向前走了重要一步。

  中国科学院高能物理研究所研究员、ATLAS项目研究小组成员 娄辛丑:

  通过了解和探测这个粒子,最终确认它是希格斯玻色子的话呢,那么我们的基本物理标准模型画了一个大的句号,就是说我们的大楼成了。基本的理解,所有的粒子质量来源于此,我们从结构方面我们有理解了。然后在此之外,我们还接着做实验,寻找在基本的标准模型之外的更高深的、更深层的物理。

  欧洲核子研究中心主任、德国粒子物理学家罗尔夫·霍伊尔在记者会上表示,他为这一重大发现感到骄傲和欣喜,称之为人类理解自然和宇宙的“里程碑”。但对于这一新粒子是否就是理论物理标准模型中最后一个尚未被发现的希格斯玻色子,霍伊尔仍保持了科学家的严谨。

  他认为,这一发现为进一步研究开辟了道路,还需要更加大量的数据来确认新粒子的特性——是否与标准模型中假设的希格斯粒子特性完全吻合,还是有一些不匹配的地方,如果是后者,则将开辟标准模型之外的物理学新领域。

  中国科学院高能物理研究所研究员、ATLAS项目研究小组成员娄辛丑也指出,欧洲核子研究中心7月4日发布的消息仅是初步结果,还需进一步验证。

  中国科学院高能物理研究所研究员、ATLAS项目研究小组成员 娄辛丑:

   它的性质跟我们预料的玻色子是一样的,是跟希格斯玻色子是一样的。但是我们要坐下来仔细看看它的对冲、它的表现是不是一个真正的玻色子应有的表现。在这样的情况下,我们要接着取数据取到年底,取到年底以后我们更新探测器、更新加速器,在这个更新过程中,我们会仔细地看看我们的数据,进一步确认它是不是希格斯玻色子。

  研究者称,目前仍有部分数据在分析中,7月4日展示的分析结果预计将于7月底发表,而更加完整的研究结论将在大型强子对撞机提供更多数据后,于今年晚些时候发布。专家们认为,最终结果的确认也许需要一年以上甚至更长时间。同时,也不能完全排除观测到的新粒子是一种其他粒子的可能性。

  据娄辛丑介绍,ATLAS项目是一项全球性重大科研课题,来自很多国家的科学家参与其中,中国也有30多名科学家在里面发挥了重要的作用。

  中国科学院高能物理研究所研究员、ATLAS项目研究小组成员 娄辛丑:

  大家参与了探测器的研制、探测器的制造,运到欧洲以后呢,组装、测试,包括取数据,包括最后的分析、最后的鉴别,所有的过程都参与了。这基本上是第一次中国科学家在这么大的能源前沿、最高能的实验前沿肩并肩地跟国外的科学家一块做实验,然后大家一同完成了这个伟大的发现。

  据了解,由中国科技大学7名教师和12名研究生组成的研究团队,直接参与了疑似“上帝粒子”的寻找与探测。

  中国科学家团队成员、中国科技大学近代物理系教授 刘衍文:

  参加这个ATLAS的在全国有四家单位,高能所,科大,南京大学和山东大学,我们科大是在(我国参加的)这四家单位中最大的一个,包含七个老师和十几个学生。我们这么大的队伍在ATLAS参与很多的物理题目,这个希格斯(粒子)是其中的一个非常重要的,其他还有很多非常重要的,比方说电路物理测量啊,其他新信号的寻找,都投入了相当大的力量。

  据了解,在对疑似希格斯玻色子到双光子衰变物理分析中,中国科技大学承担了基于电磁量能器的光子鉴别与触发效率研究。强子对撞高能实验中,区分光子信号与大量强子噪声是实验分析的关键,将直接影响希格斯玻色子到双光子衰变信号的探测。而中国科技大学的研究团队的工作对确定光子探测效率起到了重要作用,为中国科学家在欧洲核子中心国际合作中赢得了良好声誉。

  无论7月4日的最新发现是否标志着持续40多年寻找“上帝粒子”的工作已接近尾声,科学家们都对未来更加充满期待。值得一提的是,“希格斯机制”理论的创建人希格斯本人,也出席了7月4日的发布会,并在台下就座。当研究中心的科学家进行报告时,他一度摘下眼镜,拿起纸巾擦拭双眼。他祝贺研究中心及其科学家们取得的成绩,并表示“难以相信在他有生之年看到它的发生”。感谢您的收看,我们下期再见。  

责任编辑:周勇 | 版面编辑:李禹谖

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