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科學(xué)家發(fā)現(xiàn)疑似上帝粒子 成就堪比新大陸發(fā)現(xiàn)
2012-07-06
全球物理界沸騰了。追尋將近半個(gè)世紀(jì)后，昨日，位于日內(nèi)瓦的歐洲原子核能中心向全球宣布，找到一種新亞原子粒子，這種粒子與之前預(yù)言構(gòu)成質(zhì)量的“上帝粒子”、即希格斯玻色子(可簡(jiǎn)稱希格斯子)特征“一致”。
若最終確定此次發(fā)現(xiàn)的新亞原子粒子就是希格斯玻色子，那么粒子物理學(xué)中缺失的重要一環(huán)將會(huì)填補(bǔ)，支撐現(xiàn)代物理學(xué)的奠基性理論標(biāo)準(zhǔn)模型距離將被驗(yàn)證，萬(wàn)物質(zhì)量來(lái)源之謎或可解開(kāi)。
意義
“成就堪比登月”
歐洲原子核能中心(CERN)有著世界上最大的實(shí)驗(yàn)裝置大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)，其橫跨法國(guó)和瑞士，這個(gè)長(zhǎng)達(dá)28年之久，造價(jià)達(dá)幾十億歐元的龐大地下裝置，最主要的目的是為了尋找被稱為“上帝粒子”的希格斯玻色子。
日內(nèi)瓦昨日9時(shí)，歐洲原子核能中心通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向全球播放其最新進(jìn)展的研討會(huì)。研討會(huì)上，兩座各自獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)室遞交了最新報(bào)告，均展示了一種新粒子存在的強(qiáng)有力證據(jù)。
CERN主席豪威爾說(shuō)：“我們有了個(gè)"發(fā)現(xiàn)"……我們觀測(cè)到了一種新粒子，符合希格斯子的條件。不過(guò)到底是什么粒子，問(wèn)題仍待回答。”
現(xiàn)場(chǎng)最重量級(jí)的是四個(gè)物理學(xué)理論家，其中三個(gè)人完善了標(biāo)準(zhǔn)模型理論，另一個(gè)人彼得·希格斯則創(chuàng)建了這個(gè)理論，標(biāo)準(zhǔn)模型中最后一個(gè)粒子以他命名。昨天臺(tái)下就座的希格斯流下熱淚。
發(fā)布會(huì)現(xiàn)場(chǎng)，英國(guó)物理學(xué)會(huì)主席彼得·奈特說(shuō)，此次LHC的成就與發(fā)現(xiàn)DNA和登陸月球相當(dāng)。利物浦大學(xué)粒子物理系主任瑟密斯·布考克則稱，對(duì)于物理學(xué)家來(lái)說(shuō)，這次發(fā)現(xiàn)就像哥倫布發(fā)現(xiàn)美洲大陸。
展望
是否為希格斯子需確認(rèn)
“雖然是初步結(jié)果，但5標(biāo)準(zhǔn)差和125吉電子伏特的結(jié)果讓我們確信，這是一個(gè)新粒子，”昨日，實(shí)驗(yàn)室發(fā)言人喬·因坎代拉說(shuō)，“我們確認(rèn)，它必須是一種玻色子，而且是我們迄今為止發(fā)現(xiàn)的最重的玻色子。這一發(fā)現(xiàn)意義重大……我們必須極其努力地繼續(xù)研究與反復(fù)核校。”
在墨爾本觀看了視頻的中科院高能物理研究所院士陳和生則說(shuō)，希格斯等距離諾貝爾獎(jiǎng)不遠(yuǎn)了。陳和生表示，目前還需要進(jìn)一步確定發(fā)現(xiàn)的是希格斯玻色子。CERN現(xiàn)在打算全力以赴地在今年之前給出最終答案，明年大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)就將進(jìn)入兩年的大修期。
根據(jù)計(jì)劃，此次研究的正式結(jié)果將在7月底在學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表。陳和生表示，屆時(shí)，論文作者將是參與了所有兩個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的科學(xué)家，共3000多人，其中，也有六七十人是參與合作的中國(guó)科學(xué)家。
彼得·希格斯
有關(guān)希格斯子的理論最早是在1964年由6位物理學(xué)家共同提出來(lái)的，其中就包括英國(guó)愛(ài)丁堡的彼得·希格斯教授。他們當(dāng)時(shí)提出這一粒子的目的就是為了解釋質(zhì)量的起源。理論上，這一粒子的存在將正好補(bǔ)全描述整個(gè)宇宙如何運(yùn)行的物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型的缺陷，因此它便顯得尤其重要。
聲音
大家都非常激動(dòng)。我從學(xué)生開(kāi)始做到現(xiàn)在，都在尋找希格斯子，也從來(lái)沒(méi)有這么激動(dòng)的時(shí)候。
華人科學(xué)家錢劍明
居里夫人發(fā)現(xiàn)原子核的時(shí)候，人們也不知道后來(lái)會(huì)有核武器、核發(fā)電，還可以用來(lái)治病……人類想搞清楚自然界規(guī)律，就是一種好奇心，對(duì)真理的追求，我們不能要求科學(xué)研究一定馬上要有用，但從歷史經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，科學(xué)物理學(xué)研究的成果會(huì)轉(zhuǎn)變成巨大的生產(chǎn)力。
中科院高能物理研究所院士陳和生
釋疑
如何知道發(fā)現(xiàn)了上帝粒子?
如果在LHC加速器中進(jìn)行的數(shù)以十億計(jì)的對(duì)撞實(shí)驗(yàn)中真的產(chǎn)生了希格斯玻色子，根據(jù)預(yù)測(cè)，它應(yīng)當(dāng)是不穩(wěn)定的，會(huì)迅速衰變?yōu)楦臃€(wěn)定，質(zhì)量更小的粒子。物理學(xué)家們需要對(duì)這些衰變產(chǎn)物進(jìn)行分析，并且通過(guò)分析來(lái)推斷這種被稱為“上帝粒子”的神秘粒子是否存在。
新發(fā)現(xiàn)為何還需確認(rèn)?
在分析過(guò)程中，希格斯玻色子是否存在會(huì)從數(shù)據(jù)圖形的峰值中體現(xiàn)出來(lái)。然而即便科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了這樣的峰值，他們也不能就此宣布發(fā)現(xiàn)了希格斯玻色子，只有當(dāng)他們確認(rèn)這一信號(hào)是統(tǒng)計(jì)誤差的概率低于一定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)才能比較有把握地宣布發(fā)現(xiàn)結(jié)果。
歐洲核研究組織在昨日的聲明中說(shuō)，兩座各自獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)室都發(fā)現(xiàn)了這種亞原子粒子，質(zhì)量范圍在125至126吉電子伏特之間。兩家實(shí)驗(yàn)室都宣布，數(shù)據(jù)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)確定性為5西格瑪，或5標(biāo)準(zhǔn)差。
5西格瑪，換算成統(tǒng)計(jì)誤差率，大約為0.00006%。在粒子物理學(xué)界，若要證實(shí)某一發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)確定性需要達(dá)到5標(biāo)準(zhǔn)差;若要作為證據(jù)，統(tǒng)計(jì)確定性必須達(dá)到3標(biāo)準(zhǔn)差。所以現(xiàn)在說(shuō)是“接近發(fā)現(xiàn)”。
若證實(shí)并不存在會(huì)怎樣?
如果實(shí)驗(yàn)確認(rèn)這樣的粒子實(shí)際上并不存在，那么現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)模型將需要徹底改寫，而我們對(duì)于宇宙的認(rèn)識(shí)也將發(fā)生革命性的改變。
昨日，澳大利亞阿德萊德大學(xué)物理學(xué)家安東尼·托馬斯說(shuō)：“在過(guò)去40多年里，人們一直在尋找希格斯玻色子。如果不是它，全世界所有理論學(xué)家都得絕望地退回到原點(diǎn)。”
歐洲核研究組織物理學(xué)家伊夫斯·西羅伊斯說(shuō)：“發(fā)現(xiàn)的那個(gè)粒子也許不是希格斯玻色子，而是一種比希格斯玻色子大很多的粒子，那么，它也會(huì)打開(kāi)一扇門，開(kāi)啟一套比"標(biāo)準(zhǔn)模型"走得更遠(yuǎn)的新理論。”
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