上帝粒子发现之路:物理学家的梦魇

科普中国   2016-11-10 09:52

  答案初现

  不知不觉,历史的长河依旧流淌了两千多年。两千多年的苦苦思索和漫漫追寻,我们似乎找到了那个有关先哲朴素的问题的答案。

  随着粒子物理学的飞速发展,经过好几代学者孜孜不倦地奋斗,到了二十世纪六七十年代,科学家终于建立起一个粒子物理学的“标准模型”,它是关于我们世界最小组成单元的理论。至此,我们终于可以回答那个困扰先哲已久的问题——为什么万物有轻与重的差别。

  我们也可以回答近代困扰了许多大科学家的谜题——为什么物体的质量会有差别。通过了解世界的最小组成单元,我们一层层地揭开了罩在我们眼前的神秘面纱,了解到一个真实的世界。

标准模型认为我们的世界由图中粒子所组成

  “标准模型”给出了组成世界的基本单元的信息,包括它们的种类、质量、电荷、自旋以及它们之间的相互作用。我们现在知道,宇宙万物实际上由夸克和轻子组成,整个世界仿佛是一幅由夸克和轻子排成的复杂而精细的图。

  “标准模型”中有一个“希格斯机制”,它解释了组成物质世界的夸克和轻子的质量问题。“标准模型”中还预言有一种新的粒子,叫做希格斯玻色子。

  希格斯玻色子还有一个动听的名字,叫做“上帝粒子”。为什么人们将它称之为“上帝粒子”?我不清楚。我想,或许是因为“希格斯机制”和希格斯玻色子解释了基本粒子的质量,它们以一种简单而朴素的方式解释了这个丰富多彩的物质世界,解答了困扰了先哲们那么多年的一个个朴素的问题。

  离开了它们,我们就不会理解完整的世界。此时此刻,它俨然是一个全能的上帝,庄严地向世人宣告着自然世界运行的法则。

  最后的寻觅

  在过去的三四十年里,利用我们先进的加速器和观察设备,“标准模型”预言的基本粒子被人们一个接一个发现,使得越来越多的人认为“标准模型”和我们对世界的理解是正确的。但科学家在兴奋之余仍然会不时地感到隐隐的阵痛,因为希格斯玻色子一直没有被我们发现。

  由于能量太高,现有的绝大多数加速器都不能够探测到希格斯玻色子。尽管许多科学家殚精竭虑地寻找希格斯玻色子,它仍然像幽灵一样存在于我们的视野之外。

  多少科学家因为希格斯玻色子而寝食难安,“上帝粒子”俨然成了粒子物理学家的梦魇。它是一个娇羞的姑娘,任你千呼万唤,总是不肯露头。这种神秘与“矜持”,似乎正是“上帝粒子”的诱人之处。

  进入二十一世纪,曙光初现,欧洲强子中心大型强子对撞机LHC的建造使得我们有能力探索更高能的世界。经过两年多的运行,捷报传来,科学家们终于确定“上帝粒子”的确存在。先哲们古老而朴素的问题得到了真正的解答。

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