尋找“上帝粒子”

　　大型強子對撞機目前的主要工作就是尋找“上帝粒子”。它是由英國人彼得·希格斯等物理學家在上世紀60年代提出的一種基本粒子，在粒子物理學界被稱為“希格斯粒子”，因為它被認為是物質的質量之源，所以被稱為“上帝粒子”。尋找“上帝粒子”目前已成為整個物理學界研究的中心。科學家為什么要一直尋找它?它的發現對人類有何意義?
　　
　　為什么要尋找“上帝粒子”?
　　
　　世界上一切物質都是有質量的，我們認為這是理所當然的事情。物質為什么會有質量?乍一看，這仿佛根本就不是個問題，有物質存在當然就有質量啦。您也許會說是因為組成物質的分子有質量，那分子的質量又由何而來?也許您依然有答案：原子，或是再細分下去的質子和中子、夸克。到了這一步，您或許有點要繳械投降了：它們這些粒子有質量，所以一切物質就有質量嘛!但是物理學家明顯不會滿足于這個答案。要解釋這個問題，牽涉到非常復雜的物理理論，但問題的答案卻是宇宙形成的根本奧秘所在。尋找“上帝粒子”，就是為了揭開質量的來源之謎。
　　人們早已發現，自然界中物質之間千差萬別的相互作用，可以簡單劃分為4種力，即引力、電磁力、維持原子核的強作用力和產生放射性衰變的弱作用力。在愛因斯坦的相對論解決了引力問題后，人們開始嘗試建立一個統一的模型，以期解釋通過后3種力相互作用的所有粒子。經過長期研究和探索，科學家們建立起被稱為“標準模型”的粒子物理學理論，它把基本粒子(構成物質的亞原子結構)分成3大類：夸克、輕子與玻色子。“標準模型”的出現，使得各種粒子如萬鳥歸林般擁有了一個共同的“家園”。但是這一“家園”有個致命缺陷，那就是該模型無法解釋物質質量的來源。
　　為了修補上述理論大廈的缺陷，英國科學家彼得·希格斯提出了希格斯場的存在，并進而預言了希格斯粒子的存在。20世紀60年代，希格斯就提出一個大膽的設想：宇宙空間彌漫著大量至今未知的一種神秘亞原子粒子，這種在宇宙大爆炸時產生的粒子與宇宙中的普通物質相互作用并導致了這些物質有了質量。根據現有理論，組成物質的已知最小單元一夸克本來是沒有質量的，宇宙大爆炸發生時，受一種特別的基本粒子的影響，夸克才開始有質量。希格斯認為，這種粒子平時無法察覺，只有當更大的亞原子粒子在極高能量作用下被徹底粉碎時，才有可能看到它的蹤跡。
　　然而這種粒子就像神話中的獨角獸一樣難覓蹤影。自1899年湯姆遜爵士發現電子開始，直至如今，在一個多世紀的時間里，人類一直孜孜不倦地探索著微觀世界的奧秘。物理學家們建立了一套稱之為標準模型的粒子物理學模型，使得對物質微觀結構的探索已經達到了幾乎盡善盡美的地步。在粒子物理學的標準模型中，總共預言了62種基本粒子，其中的61種都已被驗證，唯獨希格斯粒子始終游離在物理學家的視野之外。找到這種粒子，就找到建筑粒子物理學經典理論大廈的最后一塊基石，如果證明它不存在，整座大廈就要被推倒重建。
　　
　　“上帝粒子”引發的爭論
　　
　　“上帝粒子”是否存在，一直在科學界是個爭論。一些科學家們對于“上帝粒子”的存在一直持有懷疑的態度。霍金曾經下100美元賭注，打賭“上帝粒子”并不存在：“如果未能發現希格斯粒子，我想這將更令人興奮。因為這說明這些想法是錯誤的，我們需要重新思考。無論大型強子對撞機發現或者沒發現什么，其結果都將告訴我們有關宇宙結構的更多知識。”來自馬里蘭大學的尼古拉·哈德利也說道：“如果沒有發現上帝粒子，我們將會非常高興，這意味著一些新的有趣的理論將會誕生。就目前而言，上帝粒子被對撞機發現的可能性是非常低的。”除了一些科學家對上帝粒子的存在持有懷疑態度，美國的原子撞擊實驗結果則顯示“上帝粒子”可能并不是一種單一的粒子，而是多種質量相似但所帶電荷存在差異的粒子群。
　　
　　為什么會萍蹤難覓?
　　
　　自從希格斯預言“上帝粒子”存在以來，科學家們就一直試圖在實驗中發現該粒子從而證實其存在，但努力均告失敗。如果“上帝粒子”存在，為什么到現在還沒有找到?原因其實也很簡單：希格斯粒子在現在的自然界中是不存在的，只有非常非常高能量的粒子間進行相互撞擊，才有可能把希格斯粒子激發出來，所以科學家們猜想它應該是在宇宙大爆炸的那一瞬間產生的。它的質量一定足夠大，以往使用的粒子對撞機能量還不夠大，還不足以把它撞出來。另一個困難是，它極不穩定，如果確實存在，它將在碰撞后10億分之一秒的時間內衰變，因此要想捕捉到它極不容易。
　　歐洲大型強子對撞機的建成和投入使用，使科學家們獲得了足夠的信心：由于它所達到的能量已經足夠大，因此這將是一個判決性實驗。如果真有希格斯粒子存在，它一定能探測到，不像以往的實驗設備存在漏網的可能性；反過來的說法也成立，如果它仍然不能探測到希格斯粒子，就說明這東西根本不存在。因此，尋找“上帝粒子”成為歐洲大型強子對撞機的主要任務之一。科學家普遍期望在這一對撞機的幫助下，能夠在前所未有的對撞能量下發現希格斯粒子。歐洲核子研究中心的研究人員表示，我們本希望能夠在2011年底前尋找到證實“上帝粒子”存在的證據，如果在2012年底前依舊無法突破，那么我們就需要重新評估標準模型中關于這方面的論述以及“上帝粒子”是否是物理學最大的成就之一。
　　
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