据新华社日内瓦4月12日电 在40多年前预言了希格斯玻色子存在的英国物理学家彼得·希格斯,日前在参观欧洲核子研究中心的大型强子对撞机(LHC)时对媒体说:“几乎可以确定,很快就可以发现希格斯玻色子。”
希格斯玻色子被认为是物质的质量之源,它是“标准模型”这一粒子物理学理论中最后一种未被证实的粒子,但是它的存在却是整个“标准模型”的基石。因此,它被称为粒子物理学的“圣杯”,也被称为“上帝粒子”,充满了神秘色彩。
自从希格斯预言这一粒子存在以来,科学家们就一直试图在实验中发现该粒子从而证实其存在,但至今所有努力均告失败。
于2003年开始兴建的欧洲大型强子对撞机位于法国和瑞士边境地区地下100米深、约27公里长的环形隧道中,耗资总计约20亿美元,预计将于今年6月正式开始运行。届时,它将凭借能使单束粒子流能量达到7万亿电子伏特而成为世界上能级最高的对撞机。科学家普遍期望在这一对撞机的帮助下,能够在前所未有的对撞能量下取得包括发现希格斯玻色子在内的新发现。
出生于1929年的希格斯说,希望能在迎来自己80岁生日前证实希格斯玻色子的存在。他幽默地说:“如果届时还是没有发现,那我只能祝愿自己活得再长久一些了。”
希格斯玻色子
自然界中物体之间千差万别的相互作用,可以简单划分为4种力:即引力、电磁力、维持原子核的强作用力和产生放射衰变的弱作用力。在爱因斯坦的相对论解决了重力问题后,人们开始尝试建立一个统一的模型,以期解释通过后3种力相互作用的所有粒子。
经过长期研究和探索,科学家们建立起被称为“标准模型”的粒子物理学理论,它把基本粒子(构成物质的亚原子结构)分成3大类:夸克、轻子与玻色子。“标准模型”的出现,使得各种粒子如万鸟归林般拥有了一个共同的“家园”。但是这一“家园”有个致命缺陷,那就是该模型无法解释物质质量的来源。
为了修补上述理论大厦的缺陷,英国科学家彼得·希格斯提出了希格斯场(粒子物理的标准模型引进的一个两分量的复标量场)的存在,并进而预言了希格斯玻色子的存在。假设出的希格斯玻色子是物质的质量之源,是电子和夸克等形成质量的基础。其他粒子在希格斯玻色子构成的“海洋”中游弋,受其作用而产生惯性,最终才有了质量。尔后所有的粒子在除引力外的另3种力的框架中相互作用,统一于“标准模型”之下,构筑成大千世界。
“标准模型”预言了62种基本粒子的存在,这些粒子基本都已被实验所证实,而希格斯玻色子是最后一种未被发现的基本粒子。
粒子加速器和粒子对撞机
1919年,卢瑟福用天然放射源实现了第一个原子核反应,即利用阿尔法粒子轰击氮、氟、钾等元素的原子核发现了质子。不久,人们就提出了用人造快速粒子源来改变原子核的设想。
简单地说,粒子加速器是一种用人工方法产生快速带电粒子束的装置。它利用一定形态的电磁场将电子、质子或重离子等带电粒子加速,能提供速度甚至接近光速的各种高能量的带电粒子束,是人们改变原子核和基本粒子,认识物质深层结构的重要工具。20世纪30年代初以来,回旋加速器、静电加速器相继问世。尔后,人们又陆续发明了各种高能加速器。
20世纪50年代初,有人开始考虑利用对撞粒子束来获得更高能量,并进而发明了粒子对撞机。粒子对撞机是加速器的一种,其主要作用是积累并加速相向运行的两束粒子流,到一定强度及能量时使其进行对撞,以产生足够高的反应能量。
几十年来,人们应用粒子加速器在探索物质构成之谜的道路上取得了许多重大成果,并建立起粒子物理学这样一门新学科。