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新華網合肥7月8日電(記者徐海濤)宇宙萬物皆有質量，但質量的來源是什么？隨著歐洲核子中心日前宣布很可能發現了“上帝粒子”，這個終極問題有望得到解答。為了詳細了解“上帝粒子”及中國科學家參與研究的情況，記者采訪了中國科學技術大學教授劉衍文。 構成宇宙萬物的最小物質單位是基本粒子，包括夸克、電子等，而要解釋這些基本粒子的質量來源，必須找到最后一種基本粒子：被稱作“上帝粒子”的希格斯(Higgs)粒子。過去30年，全球粒子物理學家都在苦苦追尋“上帝粒子”的蹤跡，位于瑞士日內瓦市郊的歐洲核子中心與美國費米實驗室是兩個主要研究平臺。 畢業于中科大少年班的劉衍文，從1999年起進入日內瓦大學攻讀博士，此后一直在歐洲核子中心與美國費米實驗室參與科研。2008年，歐洲核子中心建成啟用了全球能量最大的強子對撞機，來自幾十個國家的數千名學者參與研究。作為來自中國的學者之一，劉衍文從參與分析第一批數據開始，經歷了發現 “疑似上帝粒子”的全過程。 “新粒子不是一下子發現的，是長期數據積累的結果。”據劉衍文介紹，在前3年上億次數據采集、分析的基礎上，歐洲核子中心的科學家們在2011年逐漸發現了一些新粒子存在的跡象�！暗�2012年數據中新信號的統計顯著性可以讓人信服，新粒子是確實存在的�！� 2012年6月下旬，歐洲核子中心內部決定在7月4日公布這個重大發現�！皬膶ψ矙C上取下最后一批數據，分析出結果，再在3000多人的合作組內通過評審，留給科學家的時間實際上只有兩周�！眲⒀芪恼f，工作強度非常大，很多人都有連續工作通宵的經歷。 “目前宣布的這種新粒子，表現出的特征與理論預期極為接近，但從科學角度還不能100%斷定它就是‘上帝粒子’。”劉衍文透露，歐洲核子中心將從2013年起把對撞機能量從8TeV提高到14TeV，進一步通過實驗測量其性質。 “如果最終確認為‘上帝粒子’，那么這將是人類探索自然過程中的一大步，使我們能站在一個新的高度，思考我們身處的這個宇宙。”劉衍文說，基礎科學的每一個重要進步，都有可能大大推動應用科研的發展。“從科學意義上講，發現‘上帝粒子’比人類登上月球更重要�！� 在歐洲核子中心的ATLAS和CMS兩大研究組，共有來自世界各國的7000多名科學家參與工作�！耙虼耍茈y說這種新粒子是由哪個國家或者哪個人發現的�！眲⒀芪恼J為，這個成果應該屬于全人類。 據了解，在歐洲核子中心參與研究的中國科學家來自五個科研單位，分別是中國科學技術大學、中科院高能物理研究所、北京大學、南京大學與山東大學。中國科研人員約占中心總人數的百分之一，其中來自中科大的團隊人數最多，達到20人。 為尋找“上帝粒子”，中國科學家在儀器研制、設備調試、數據分析等方面作出了重要貢獻，在歐洲核子中心贏得了良好的國家聲譽�！皻W洲核子中心給所有的外來學者提供工作環境，但不發工資。”劉衍文說，中國學者們的經費都來自于科技部、中科院與國家自然科學基金委員會。“我們能代表中國參與這一全球重大科研活動，背后是國家力量的長期支持。” “上帝粒子”駕到 更多未知等待人類 7月4日，全球大部分的粒子科學家則聚集在澳大利亞墨爾本，準備第二天召開的國際高能物理大會。此時，瑞士日內瓦的歐洲核子中心（CERN）異乎尋常地宣布，將公布某項研究結果。世界屏住呼吸，聽完了全長兩個多小時的報告，得到這樣一個結果：“我們發現了一種新的玻色子，很可能是希格斯玻色子，但我們必須確認它是哪一種希格斯玻色子�！比缋椎恼坡暠l了，世界沸騰了！ 這句話意味著，在經歷了四十多年的尋找后，世界上最難找的粒子將凸顯原形。希格斯玻色子，俗稱“上帝粒子”，這個陌生的詞，卻是我們理解宇宙起源最重要的一個密碼，因為，它賦予其他物質以質量。有物理學家說，“這次發現就像哥倫布發現了新大陸�！� 標準模型的故事 7月4日之后，歐洲核子中心的官方主頁很自信地貼出一行大字：“希格斯玻色子觸手可及，我們對宇宙的認識即將改變！” 希格斯玻色子是何方神圣？它為何能左右我們對宇宙的認知？這個故事，要從40多年前的標準模型建立開始說起。 上個世紀60年代，物理學家彼得·希格斯創建了“標準模型”理論，而另外3位物理學家，完善了這個理論。此后，標準模型成為認識物質世界的理論基礎，其意義就像進化論之于生物學界。 根據標準模型，宇宙誕生時，出現了62種粒子和四種力，這些粒子大部分轉瞬即逝，只有質子、中子和電子才構成了今天的物質。 其余61個粒子在半個世紀中被人們一一發現，它們都證實了標準模型。物理學家驗證和糾正標準模型的過程，是產生諾貝爾獎的富礦，很多人都為此去了斯德哥爾摩。據統計，歷屆諾獎物理學獎至少有四分之一是和標準模型及夸克理論相關的。著名華人物理學家丁肇中，便憑此獲得了諾貝爾物理學獎。 但這個“美妙”的理論只剩最后一塊拼圖，這塊拼圖就是希格斯玻色子。由于這塊拼圖苦尋不至，人們把它稱為“上帝詛咒的粒子”，久而久之，就簡化成了“上帝粒子”。 為了說明“上帝粒子”的重要性，希格斯創建了一個特別的概念“希格斯場”。希格斯認為，在宇宙大爆炸過程中，形成一種無形卻到處存在的場，上帝粒子就存在于這個場內。當有些粒子與上帝粒子遭遇時，它們會降低速度，獲得質量，而另一些粒子則會不受阻礙地繼續前進。 如果這個假設為真，那標準模型就可以得到徹底的驗證，而如果不存在上帝粒子的話，這個“完美”的標準模型顯然出了問題，理論學家需要重新書寫整個理論。 耗資90億美元 不過，這條驗證之路走得頗為艱辛。自然界的“上帝粒子”是在宇宙誕生之初存在的，并不存在于今天的世界中，如果要尋找它，則必須人工還原宇宙大爆炸時的場景。 這就是歐洲核子中心打造的世界最大實驗項目——大型強子對撞機（LHC）的目的：人工模擬大爆炸，人為地創造“上帝粒子”。 但是無論對于理論物理學家還是實驗物理學家來說，壓力都是存在的。 壓力最大的就是希格斯本人，整個實驗的造價高達90億美元，來自全球各國近1萬名科學家，長達幾十年的工作，都是為了證實或者證偽他所提出的理論。 愛丁堡大學教授希格斯似乎將過去的歲月沉寂在隱士的生活中，雖然60年代時，年輕的他曾因“標準模型”獲得國際聲譽，但是，在過去的十年，人們對這個造價昂貴的對撞機到底能否找到“上帝粒子”的懷疑讓他變得焦慮起來。 在這個過程中，一些新的理論也逐漸出現，試圖挑戰標準模型的權威。有的理論學家甚至認為，“上帝粒子”可能實際上并不存在。 歐洲核子中心主席豪威爾2010年在接受本報記者采訪時說，無論是找到還是找不到希格斯玻色子，結果都是同樣令人驚喜的，如果找不到的話，則意味著物理學界新的可能性。 事實上，對于LHC這尋找物理界圣杯的行為來說，結果的可能性不光只有“找到”和“找不到”兩種可能：希格斯玻色子是一種名叫玻色子的粒子，如果符合標準模型要求的話，則是希格斯玻色子，但如果不符合的話，也有可能是其它形式的玻色子。 現在，CERN的官方說法是，找到了一種符合希格斯玻色子條件的新粒子。其意思是，科學家們找到了一種新的粒子，它產生的范圍符合理論學家針對希格斯玻色子出現的計算范疇。而主席豪威爾則對外說：“對于外行來說，我們是找到了；對于內行來說，還需要進一步確認。” 費米實驗室主任皮爾·奧登則是這么表達他的看法的：“如果它看著像是只鴨子，走路也像只鴨子，那它就是一只鴨子。” 科學界或許并不相信眼淚，但這一次，老希格斯的眼淚，令全世界為之動容。這位83歲的老人說，“很高興我能活著看到這一天的到來”。 未來：更多的未知等待人類 CERN方面表示，目前能夠確定的是玻色子，但是否是希格斯玻色子則會盡全力在今年之前確認。一旦上帝粒子最終在學術期刊上徹底地確認了的話，那諾貝爾物理學獎評委會也將忙碌起來了，根據其原則，如果理論被實驗驗證，那最先發現理論的人將獲得諾貝爾獎。 但從科學史看，理論再偉大，也只有在特定的范圍內才是正確的。牛頓力學是經典的，但當運動速度接近光速時則無法運用，其錯誤被愛因斯坦意識到，確立了相對論。同樣，標準模型雖然即將被證實，但其依然位于微觀世界，無法解釋宏觀世界中的萬有引力。標準模型中，或許也有一些錯誤，從這個錯誤中，可以打開更大的門，尋找更大范圍的理論，而新出現的“粒子”，或許可以是一把鑰匙。 科學雜志《新科學家》撰文寫道：“希格斯玻色子是標準模型的最后一塊拼圖，但我們知道，這個模型之外，還有其它的粒子和力�！边@意味著，盡管上帝粒子可能是驗證標準模型最后一塊拼圖，但它絕對不是人類認識宇宙真理的最后一塊拼圖。 《新京報》 發現新粒子印證數學預言能力 【美國《科學新聞》周刊網站7月4日文章】題：希格斯粒子的發現頌揚數學對真實世界的預言能力(作者湯姆・西格弗里德) 現在，所有的物理新聞迷們―――以及許多不太懂物理的人―――都聽說發現了希格斯玻色子。這是在微博上傳播過的最大的物理新聞。它讓人們經歷了漫長的等待。30多年來，希格斯粒子對物理學家們而言，就像是亞瑟王的圣杯、龐塞・德萊昂的不老泉、亞哈船長的白鯨。這是對一個想法的著魔、癡迷和熱衷，而幾乎每個專家都認為這個想法必然是正確的。 盡管利用世界上最復雜的機器尋找了多年，希格斯粒子仍然難以發現。直到現在，大型強子對撞機終于幫助物理學家們證實了一種新粒子的存在，質量大約相當于1 3 2個質子。盡管發現新粒子的官方通告措辭嚴謹，但每個人都認為它就是希格斯粒子。 當被問及為何希格斯玻色子如此重要時，大多數物理學家都條件反射般地回答說它是讓基本粒子獲得質量的宇宙物質。對一些人而言，這聽起來或許沒什么意思―――不過是肥胖癥的又一個元兇。但希格斯粒子的重要性應該得到更加生動的表述。 加利福尼亞大學圣巴巴拉分校物理學家、報告此次發現的實驗小組之一的發言人喬・因坎代拉說：“我們正以前所未有的水平觸及宇宙的構造。它正讓我們了解一些對宇宙的結構至關重要的東西。” 事實上，正是希格斯粒子造就了我們所知宇宙的結構。正是希格斯粒子讓物理現實成為現在的樣子，有原子、化學反應以及生命。沒有希格斯粒子，就沒有分子、沒有行星、沒有人。 嚴格來講，應該說沒有希格斯粒子，就會有一些更加奇怪的東西來充任它的職責。這一職責，用物理學的話說，就是“電弱對稱性破缺”。在宇宙最初的百億分之幾秒中，電磁力是更加原始的“電弱”力的一部分，吸收了現在所說的弱作用力。描述電弱力的方程式是對稱的―――也就是說，在這些方程式中，電磁力和弱作用力是相當的。但由于某些原因，弱作用力與電磁力裂開了。換言之，電和弱作用力之間的這種數學對稱“破裂”了。 蘇格蘭物理學家彼得・希格斯在1964年構想出了希格斯場并預言了希格斯玻色子的存在。他并非那個時代設想出類似數學方案的唯一物理學家。他們都擁有一種先見，一種能夠通過數學之鏡深入窺探自然的能力。 他們的成功說明了發現希格斯粒子更加深遠的意義：它證明了科學事業是了解自然的一個途徑。在紙上涂涂寫寫的人們想出了你要投資數以十億計的美元造一臺機器制造上萬億度高溫才能發現的東西�？茖W家們僅靠自己的頭腦就想明白了自然最深處的秘密。 編譯/新華網 |
