上帝粒子现形记:质量来源之谜或将解开

7月4日,全世界的目光都投向了位于日内瓦的欧洲核子研究中心(CERN) 。

上帝粒子现形记:质量来源之谜或将解开

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7月6日 , 英国物理学家希格斯出席新闻发布会 。新华社发
在当天下午举行的发布会上 , 大型强子对撞机(LHC)两个探测器的主管分别宣布,他们找到了一种新的亚原子粒子,这种粒子很可能就是物理学家们苦苦寻找了近半个世纪,被科学界称为“上帝粒子”的希格斯玻色子 。
这是一场激动人心的发布会 。欧洲核子研究中心CMS团队发言人乔·因坎德拉将他们的发现描述为“在过去30甚至40年间最大的新发现之一” 。
这可能意味着,标准模型理论中所预言的62种基本粒子已经全部找到,标准模型完成了最后一块的拼图 。
48年前,英国科学家皮特·希格斯预言了希格斯玻色子的存在,如今的他已经83岁高龄 。当结果宣布时 , 他流下了激动的泪水,并表示:“这真的是我生命中最不可思议的奇迹 。”在发布会现场,英国物理学会主席彼得·奈特说,此次LHC的成就与发现DNA和登陆月球相当 。
在接受南方日报采访人员采访时,研究粒子物理的中山大学副教授张宏浩表示 , “粒子物理界好久没有发现新粒子了,之前做的实验一直是在排除希格斯粒子不存在的区间,而这一次是真正的发现 。”
上帝粒子现形记:质量来源之谜或将解开

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欧洲核子研究中心的科学家在大型强子对撞机控制中心讨论 。新华社发
基本粒子质量之源
若没有希格斯粒子,其他基本粒子就会仍以光速运行,宇宙将仍然是一锅沸腾的基本粒子汤,不能组成物质 , 生命无从谈起
希格斯粒子究竟是什么?为什么找到它如此重要?
早在2000多年前,人类便开始追问,我们所生活的世界是怎样形成的?从德谟克利特的“原子说”到如今被科学家普遍接受的标准模型理论,从朴素的形而上学概念到标准模型所预言的粒子陆续被证实,人类似乎越来越接近这一问题的答案 。
在标准模型里,宇宙由62种不可再分的基本粒子构成 , 通过强力、弱力及电磁力这三种基本作用力组合成各种复合粒子,进而构成物质世界 。
基本粒子可以分为两大类:自旋为半整数的费米子(fermion)和自旋为整数的玻色子(boson) 。费米子是构成物质“实体”的粒子,也称之为物质粒子,而玻色子则传递基本相互作用 , 也可称为载力粒子 。
然而在标准模型建立过程中,有一个问题却一直困扰着科学家:按照标准模型理论,基本粒子并没有质量,但实验结果却又清楚表明,除了光子以外的基本粒子都是有质量的 。
1964年 , 希格斯等人提出了“希格斯机制”的概念,在理论上解决了这个问题 。希格斯们认为宇宙间遍布“希格斯场”,基本粒子在与希格斯场的相互作用下获得了质量,而形成希格斯场的就是一种新的粒子,被命名为希格斯粒子 。
根据对希格斯粒子性质的预言,希格斯粒子的自旋为零 , 是一种玻色子 , 所以又把希格斯粒子称为希格斯玻色子 。
希格斯理论提出,在宇宙诞生的最初,并没有希格斯粒子的存在 , 其他的各种基本粒子都如光子一般,以光速横冲直撞 。宇宙诞生十几秒后,希格斯粒子诞生,形成了“希格斯场” 。除了光子 , 其他的基本粒子与希格斯粒子发生碰撞后,就如同轻巧的棉花吸饱了水分一般,获得了质量,而速度就慢下来了 。