科學家發現疑似“上帝粒子” 可能改變人類對宇宙的理解

 

7月4日由歐洲核子研究中心發布的質子對撞后形成的運動軌跡效果圖。新華社發

 

歐洲核子研究中心7月4日在瑞士日內瓦和澳大利亞墨爾本召開“高能物理跨洲視頻會議”，歐洲核子研究中心主管羅爾夫·豪雅在會議上表示，他們發現了一種新的粒子，而這種粒子很可能就是尋找多年的“上帝粒子”——希格斯玻色子。“上帝粒子”將是人類認識宇宙的一面最直接的鏡子：因為如果作為質量之源的它確實存在，物理學家就可能因此推測出宇宙大爆炸時的情景以及佔宇宙質量96%的暗物質（包括暗能量）的情況。

 

由於很多粒子的存在時間非常短，無法被觀測到，物理學界一直利用最后觀測到的光子等其他粒子來反推它們是由什麼粒子衰變而成的。

 

為了發現希格斯玻色子，也為了探索宇宙起源，包括中國在內的世界多國共同資助歐洲核子研究中心興建了大型強子對撞機（LHC）。該設備位於瑞士和法國邊境地區地下100米深的隧道中，總長約27公裡。LHC上主要有4套大型實驗裝置，其中使用液體探測器的緊湊繆子線圈（CMS）裝置是專門用來尋找希格斯玻色子和宇宙暗物質的，而使用晶體（雙光子道）探測器的超面環儀器（ATLAS）裝置則被用來尋找額外維度和質量起源等問題，而質量起源同希格斯玻色子息息相關。

 

CMS發言人喬·因坎德拉在會議上演示了觀測數據，並給出了根據該數據進行運算的最終結果。根據雙光子事件、雙Z玻色子和4輕子事件的觀測結果証明，CMS已經觀測到了一種新的粒子，“雖然是初步的結果，但數據很給力！”喬表示，該玻色子質量在125.3±0.6京電子伏（GeV），置信區間為5個標准差，即有99.99994%的可信度表明該粒子存在。根據此前頂夸克發現的前例，發現該粒子時，置信區間也是5個標准差，可以宣布發現了新粒子。

 

ATLAS主管費碧歐拉女士表示，他們的項目也發現了新的玻色子，質量為126.5GeV，置信度為5個標准差。但她表示，這隻能証明ATLAS觀測到了新的粒子，究竟是不是希格斯玻色子還有待確認。但是給出的數據表明，ATLAS觀測的新粒子與標准模型裡的希格斯玻色子相符的置信度已經達到了4.6個標准差——相當接近可以宣稱為發現的5個標准差了！

 

兩人的發言引來了在場觀眾經久不息的掌聲。歐洲核子研究中心總監塞爾焦·貝托魯齊表示，我們正處在一個關鍵節點：新粒子的發現，將使我們將來能夠對實驗數據進行更加詳盡的解讀。

 

希格斯玻色子理論的創始人彼得·希格斯教授也應邀出席了會議，這位83歲的英國老人興奮得像個孩子，他向歐洲核子中心表示祝賀，他說，“很高興我能活著看到這一天的到來”。

 

理論物理學家霍金認為，人類在很長一段時間內不可能發現希格斯玻色子。不過，他為此打賭的100美金還沒有輸掉，因為今天的會議依然無法証實，人們發現的粒子無疑就是希格斯玻色子。

 

喬和費碧歐拉在會后的新聞發布會上反復向媒體表示，今天的結果隻能証明我們發現了符合標准模型的新玻色子，這種玻色子究竟是什麼還無法確認，但羅爾夫·豪雅表示，“我們發現的是一種新粒子，這才是讓我們激動的地方”。CMS小組也在其網站上表示，雖然我們發現了符合希格斯玻色子基本模型的粒子，但並沒有確認發現希格斯玻色子，因為我們僅僅關注了該粒子的質量本身，它可能是其他具有該質量的粒子。為了確認所發現的就是希格斯玻色子，我們還需要確認它的自旋為0，正確的耦合比，等等。這些將是我們今后的工作，但這個發現依然讓人激動。

 

是的，無論確定與否，這都將是本年度甚至是今后十年間物理學界最重要的發現。羅爾夫·豪雅在會議結束前深情地向世界各地的科學家和愛好者表示，今天的成就是世界各國共同努力的結果。“今天是歷史性的裡程碑，但僅僅是個開始”。

 

正如歐洲核子研究中心官方宣稱的那樣：“希格斯玻色子觸手可及。”“我們對宇宙的理解，將要改變！”

 

（本報布魯塞爾7月4日電 駐比利時記者 張 杰）

 

點 評

 

質量的起源

 

周宇峰（中科院理論物理研究所研究員）：目前已知構成物質世界的基本組元是夸克和輕子，它們都是費米子。如果我們對質量起源理解正確，應該有一種新的基本粒子存在，即希格斯粒子，俗稱“上帝粒子”，它是玻色子，這是一種完全不同性質的基本粒子。

 

在描述人類對物質世界基本組元的認識的粒子物理標准模型這一理論中，要想回答質量的起源問題，需要引入一個物理機制，通常被稱為希格斯機制。這一機制預言了存在一種新的粒子，即希格斯粒子。

 

目前，粒子物理標准模型所描述的所有物理現象和現有實驗結果幾乎全部吻合，隻有希格斯粒子沒有被發現，因此數十年來物理實驗研究的重要目標就是尋找希格斯粒子。

 

位於歐洲核子研究中心的大型強子對撞機的主要目標就是尋找希格斯粒子。在歐洲核子研究中心有上千名科學家參與到尋找該粒子的相關工作中。歐洲核子研究中心公布了最新的實驗結果，找到了該粒子存在的強有力証據。目前觀測到的是，一個新的粒子衰變到兩個光子的信號，以及其他的輔助信號，強有力地支持了看到的新粒子就是希格斯粒子。

 

當然，現在看到的這個新粒子是否就是希格斯粒子，還有待進一步確認。一旦確認，這將是粒子物理學領域劃時代的進步，必將幫助人們深刻理解質量的起源。

 

 鏈 接 

 

希格斯玻色子是什麼？

 

經過長期研究和探索，科學家們建立起被稱為標准模型的粒子物理學理論，它把基本粒子分成３大類：夸克、輕子與玻色子。

 

標准模型預言了６２種基本粒子的存在，希格斯玻色子是最后一種未被証明存在的基本粒子，由於它難以尋覓又極為重要，因此也被稱為“上帝粒子”。

 

英國科學家彼得·希格斯提出了希格斯場的存在，並進而預言了希格斯玻色子的存在。假設出的希格斯玻色子是物質的質量之源，是電子和夸克等形成質量的基礎。其他粒子在希格斯玻色子構成的“海洋”中游弋，受其作用而產生慣性，最終才有了質量。爾后所有的粒子在除引力外的另３種力的框架中相互作用，統一於標准模型之下，構筑成大千世界。

 

由於希格斯玻色子是最后一種未被發現的基本粒子，對完善粒子物理學理論“大廈”有重要意義。科學界相信它的存在並認為發現它只是時間問題。

 

（據新華社電）