“上帝粒子”现身人间?

2013-09-11 16:00

 “上帝粒子”现身人间?2011-04-27 18:41

(文/Lisa Grossman)
日内瓦坐拥世界上最大的强子对撞机(LHC),这里也是物理学家梦寐以求的殿堂。近日来,一份泄露的内部备忘录让公众闻到了期盼已久的“上帝粒子”的气息。而它正是可以撼动整个粒子物理学标准模型的理论粒子——希格斯玻色子(Higgs)。这篇仍在审查中的记录于4月21日在物理学家彼得•沃伊特博客的匿名评论中出现。四名物理学家声称在ATLAS(LHC粒子物理实验)中捕获了Higgs衰变成两个高能光子的过程,但速度远高于标准模型的预测。“当前的结果是首次超越标准模型的物理学观测。”记录写道,“我们可以期待令人兴奋的新物理学和新粒子在不久的将来出现。”管理LHC的欧洲粒子物理研究所表示泄露的记录不是正式结果,也没有经过ATLAS合作组其他成员的备份。“现在下结论为时尚早。”欧洲粒子物理研究所发言人詹姆斯•吉尔利斯说道,“绝大多数此类结果都会因被推翻而不见天日。”
一位不愿透漏姓名的ATLAS合作组成员表示,数据中经常会出现意想不到的信号,结果都是因为错误或非正确运行导致的偏差。这次信号很可能只是侥幸被得知,没有实际意义。物理学博客圈混杂着谨慎的兴奋和直接否定两种情绪。“它可能最终被证明是虚惊一场,但也许会是本世纪最大的发现,敬请期待。”来自巴黎的博主写道,他的博客名叫“Jester”,专攻粒子物理理论。但是研究生莎拉•卡瓦斯丽丝反击道:“在合作组或当事人发表正式声明前,一切都只是谣言。不要太激动,说真的。”这已不是Higgs谣言第一次席卷物理学界了。
2010年7月,Tevatron(伊利诺伊州费米实验室的粒子加速器)的CDF(费米实验室对撞机探测器)实验也曾得到疑似探测结果。物理学家和博主托马索•德里格指出如果Higgs真的存在,那么CDF可能已经观测到这种新信号了。不管Higgs是否能找到,这份记录确实存在。拥有访问权限的物理学家们表示调查已经开始,“这份记录的目的是报告LHC首次实验发现Higgs。”“如果一切属实的话那将异常美妙。”吉利斯说道。
人们普遍认为粒子物理的标准模型是世间万物的理论基础,它诠释了大多数由17种亚原子粒子组成的已知物质。但是目前物理学家只观测到了16种粒子。只有Higgs仍无迹可寻,20世纪60年代物理学家用它解释了为何物质拥有质量。寻找Higgs是的LHC主要的任务之一,对撞机位于法国和瑞士边境约17英里长的地下隧道中。质子以接近光的速度沿隧道相撞产生只能在极高能量下存在的新粒子。这些粒子迅速衰减成其他更普通的粒子,如质子。ATLAS与它的双胞胎兄弟CMS探测器可以追踪这些普通粒子的质量和路径,并用它们的路径重建碰撞过程。该记录的第一作者,威斯康星大学麦迪逊分校的物理学家吴秀兰说ATLAS发现了两颗总能量达1150亿电子伏特(115GeV)的质子。所以可以认为Higgs的质量是115Gev除以光速的平方。(因为质量和能量由著名的爱因斯坦质能方程约束,所以粒子物理学家经常提到质能转换。例如,质子的质量是0.9 GeV/c2)。这种质量是提示性的。2000年,LHC的前身大型正负电子对撞器(LEP)可能也产生了带有相同质量的粒子。吴也参与了那次得出疑似探测结果的实验。但如果ATLAS真的有所发现,那么它绝对不寻常。如果实验产生了标准模型下的Higgs粒子,那么它只有十万分之一的可能性衰减成两个质子。ATLAS得到的信号比标准模型的预测大30倍,这意味着他们制造了比预计多30倍的Higgs粒子,或是Higgs衰减成两个质子的几率是十万分之三十。该信号可能是超对称的标志,超对称是标准模型的扩展,认为每个粒子都有一种被称为“超伙伴”(Superpartner)的粒子,它们的唯一区别就是自旋的量子力学特性。该信号也有可能是完全超越标准模型的粒子,radion(放射粒子)是候选的假想粒子,与额外维度相关联。“每个人都希望看到超越标准模型的发现。”吉利斯说,“从物理学的角度来看,在LHC中找到标准模型的Higgs粒子十分乏味。我们对得到超越标准模型的发现抱有很多期待。”与此同时,LHC正为进入新阶段而充电。4月22日瑞士时间午夜时分,它创造了波束强度的新纪录。对撞机计划在2012年底前保持目前的能量等级,这只是它能达到的能量的一半。ATLAS合作组的成员,哥伦比亚大学的戈斯塔夫•布鲁伊曼在二月的新闻发布会上发言说,我们有足够的时间判断希格斯粒子标准模型是否存在。“通过2012年的补充运行,我们从原则上相信可以完全排除Higgs存在的可能性,当然是在它确实不存在的前提下。”他说,“如果它存在的话我们会看到微小的信号。这取决于它的质量和我们观测到的信号类型。”
博主介绍: Lisa Grossman 2009年毕业于加州大学Santa Cruz分校,科技交流专业。毕业后,她一直从事科技写作工作,从硕士期间便在Science News等地方做编辑,现在在Wired上开博。她的博客内容涉及面相当广,涵盖各个学科。
 
 
                  
 
 

 

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