在2012年元旦前后,“2012年是上帝粒子之年”的说法,成为诸多粒子物理学家和媒体的“最爱”。
其实,早在2010年,也广为流传“2011年是上帝粒子之年”的“绯闻”,真迹连影子也未显现。
像这样一位风云粒子,关于它的各种捕风捉影也必是层出不穷。比较轰动的两次事件:
第一回是在2010年7月,当时数家国外媒体报道了意大利帕多瓦大学物理学家的一篇个人博客文章。文章中称两个独立的信息源都表明美国费米实验室的万亿电子伏特加速器很可能已经发现了希格斯玻色子。但次日清晨,英国《新科学家》杂志却登文辟了谣,被卷入事件的主角——费米实验室,发布在推特上的言辞更是分外犀利:“这纯属一为求名气的博客作者散布的谣言” 。
费米实验室鸟瞰
美国费米实验室万亿电子伏特加速器Tevatron示意图
另一次是2011年,同样是7月,物理界的两大圣殿级实验室——欧洲核子研究中心和费米实验室,都先后宣称“撞见”了希格斯玻色子的蛛丝马迹。
不过,由于数据未经严格验证,两实验室都不敢言之凿凿。一方面承认已经过多位科学家认可,但同时强调不能排除是计算机模型缺陷、统计数据错误等造成的。
这就像是有什么“发布日程表”似的,每年到了相应时间就会放出对应的类似消息。而且两次都是在“风波”之后不了了之。
因而,有较偏激的声音认为,这些“花絮”实乃实验室们为了对资金方有个交代而在故弄玄虚。
欧洲核子究中心
一直以来,在“上帝粒子谁先发现”的跑道上,两大翘楚——欧洲核子研究中心与费米实验室,不断表现出你追我赶的风格,甚至两处科研人员也持有一种竞赛的风气。
欧核中心凭借着他们大型强子对撞机“世界第一”的加速本领,站稳权威中的权威。
多年来,费米实验室的万亿电子伏特加速器因为经费一直无着落,在奋力运转了26年之后黯然关闭。不过,对于该加速器此前获取的海量数据,分析工作却并未完成。科学家将继续在数十亿次粒子撞击产生的碎片数据中,挥洒汗水寻找“上帝粒子”。
多个研究小组利用不同的粒子探测仪寻找短暂且难以捉摸的希格斯玻色子。
“孤身作战”的大型强子对撞机,现在成为搜寻“上帝粒子”的最关键所在。
不过,要证明希格斯玻色子确实存在,目前仍然缺乏足够证据,因为粒子物理学家通常要使用“西格玛”作为评判研究结果意义的标准。只有达到3西格玛水平,研究结果才可以算作一次“实验结果”;达到5西格玛,即统计误差只有百万分之一的情况下,才可以称为一次真正意义上的“正式发现”。
大型强子对撞机的粒子加速器隧道
在2011年12月13日公布的数据中,欧核中心大型强子对撞机超导环场探测器小组研究结果的西格玛水平为2.3,压缩μ子螺旋型磁谱仪探测结果的西格玛水平则为1.9。大型强子对撞机的最新结果给出了希格斯玻色子存在的迹象,但没有到板上钉钉的程度,还需要更多的实验数据验证。
大型强子对撞机上寻找希格斯可能发生的情况有三种:
一是什么都没发现。这是最差的结果,很少人不希望看到这样的现象发生。这将会对高能物理造成巨大的打击,因为不知道下一步该怎么走。
二是大型强子对撞机上发现了希格斯玻色子,并且是“标准模型”所预言的,那么希格斯将获得诺贝尔奖。
三是大型强子对撞机上发现了新粒子,但不是“标准模型”预言的,则表明发现有新物理,并预示新的研究方向。
高光时刻终于来到!
2012年7月4日,第36界国际高能物理大会在澳大利亚墨尔本召开,万众瞩目的“希格斯玻色子”(Higgs boson)再次成为世界的焦点。
这一天,瑞士日内瓦的欧洲核子中心(CERN)向全世界庄严宣布:在大型强子对撞机对撞实验中,发现了一种新的亚原子粒子,这种粒子几乎可以肯定是物理学家们苦苦寻找了近半个世纪的希格斯玻色子。
提出“上帝粒子”名称的诺奖得主莱昂·莱德曼(Leon Lederman)
半个多世纪以前预言了希格斯粒子彼得·希格斯和弗朗索瓦·恩格勒也被邀请到了这场报告会的现场。报告会的过程中,彼得·希格斯被媒体拍到时时擦拭眼角。显然,这位时年83岁的老人有些激动。
报告会上,两个实验室的科学家们分别展示了他们最新分析到的数据,在公布最后的结果的时候,科学家激动地向上挥拳,接受听众们的欢呼,“终于,我们发现了它!”
这是一个几乎全体粒子物理学家们期待了半个世纪的结果,几位德高望重的理论物理学家们几乎半个世纪前的研究成果终于被实验物理学家们所证实了。
尽管欧洲核子中心的科研人员在公布这一消息时措辞谨慎,表示需进一步深入研究才能确认这一新发现的粒子是否就是希格斯玻色子,但相关消息很快在科学界引起轰动,全世界物理学界更是一片沸腾。
大型强子对撞机的粒子加速器隧道
为什么这个发现如此的令人激动?
因为,物理学最顶端的分支——粒子物理学在几十年的发展过程中,逐渐成立了一整套理论框架,这个框架被称为粒子物理学的标准模型。而这个框架下最底层的粒子几乎都被发现了,希格斯粒子被认为是最后一个最底层的粒子,所以也被人称作是“标准模型的最后一块拼图”。
模拟的质子-质子碰撞试验中,希格斯玻色子的一种可能特征。它几乎立刻衰变为两束重子和两束电子。
发布会现场,英国物理学会主席彼得·奈特说,此次的成就可以与人类发现DNA和登陆月球相媲美。利物浦大学粒子物理系主任瑟密斯·布考克则称,这次发现就像“哥伦布发现的美洲大陆”。欧洲核子中心总监罗夫·霍雅说:“今天是人类自然观的一个里程碑。”
法新社评论说,这一发现的重要意义丝毫不亚于爱因斯坦首次系统地阐释量子物理学。
英国《泰晤士报》将它与牛顿万有引力、达尔文进化论、青霉素、DNA双螺旋结构、克隆羊多利等科学成就相提并论。
不少科学家认为,这是人类揭开宇宙起源之谜的里程碑性事件。人类现代物理学建立起的标准模型,将由此得到进一步确认与发展,并将开创一个物理学的新时代。
对于欧洲核子研究中心取得的这一最新研究成果,因揭示粒子物理强相互作用理论中的渐近自由现象而荣获2004年诺贝尔物理学奖的戴维·格罗斯说:“这对我,对所有的物理学家,对全人类来说都是伟大的一天。我一整天都没能停止微笑。”格罗斯说:“这个发现既是一个时代的结束,又是一个新的开始。”新发现的结果巩固了标准模型,但也提出了新的问题。“我们现在有机会探测那些被称之为希格斯域的东西,这是一个新的领域。”
2013 年 3 月 14 日,激动人心的时刻再次到来!欧洲核子研究组织(CERN)发布新闻稿表示,先前探测到的新粒子正是希格斯玻色子!消息一出,世界震惊!!!
(未完待续,下期更精彩!)
仅列出作者在科学期刊公开发表的相关文献
[1] 奇云. 2012,我们和“上帝粒子”有个约会[J].科技潮,2012(2):60-65.
[2] 奇云. 2012,“上帝粒子”和我们相会[J].科技潮,2012(8):62-65.
[3] 奇云. "上帝粒子"之父彼得·希格斯[J].科技潮,2012(9):64-65.
[4] 奇云.回顾2012年十大科学突破[J].科技潮,2013(2):60-63.
(作者以上的参考文献全文,可在国内外多家文献数据库浏览或下载。)
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