寻找“上帝粒子”　答案有望改变对宇宙的理解

图为探测器中显示的粒子对撞后形成新粒子的运动轨迹，欧洲核子研究中心2011年12月13日发布。新华社发

刚刚揭晓的2013年诺贝尔物理学奖，授予了比利时理论物理学家弗朗索瓦·恩格勒和英国理论物理学家彼得·希格斯，以表彰他们在预测希格斯玻色子上的工作。

那么，希格斯玻色子是什么，找到它为何如此重要？

希格斯玻色子是科学家按照粒子物理学标准模型预言存在的一种粒子，最早在1964年由包括希格斯和恩格勒等在内的6位物理学家提出。这一粒子的使命是：解释质量的起源。

中科院高能物理研究所研究员陈国明说，为解释物质的起源，物理学家假设了一套标准模型。但在建立模型时遇到一个问题：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。它们的质量从何而来？

为了解答这一疑问，希格斯创造性地提出了存在希格斯场，遍布在宇宙间，基本粒子是在与希格斯场的相互作用下获得了质量，而生成希格斯场的就是希格斯玻色子。

陈国明说，在物理学标准模型的62种基本粒子中，其他61种都已被实验证实存在，只有希格斯玻色子这关键一环仍然悬而未决。假使它存在，将弥补粒子物理学标准模型描述整个宇宙如何运行的不足。

粒子物理标准模型所描述的所有物理现象和现有实验结果几乎全部吻合，只是希格斯玻色子一直没有现身。而理论模型再完美也只能是假设，并不能令人信服地解释现实世界。

“上帝粒子”一词由出版商刺激科普书销量流传开来

根据希格斯的理论，在宇宙诞生的最初，并没有希格斯玻色子，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，希格斯玻色子诞生，并形成 “希格斯场”。除了光子，其他的基本粒子与希格斯玻色子发生碰撞后，就如同轻巧的棉花吸饱了水分一般，获得了质量，而速度则慢了下来。

在希格斯的理论中，没有了希格斯玻色子，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，生命更无从谈起。

1988年诺贝尔物理学奖得主莱昂·莱德曼着手介绍希格斯玻色子时，曾想用“上帝诅咒的粒子”作为书名，但出版商想出了一个更能刺激销量的名字——“上帝粒子”，意为：找到它，就洞悉了上帝。从此，“上帝粒子”之名便流传开来。

陈国明说，由于“上帝粒子”的使命在宇宙大爆炸初始就已经完成，科学家要寻获希格斯玻色子的踪迹，就只有建造能量强大的对撞机，在里面给两束高能粒子进行加速并对撞，来模拟宇宙开始的时刻，让它在实验室里“复活”。

寻找“上帝粒子”并非易事。陈国明说，每万亿次的质子对撞，才可能产生一次希格斯玻色子。这就好比在一大堆沙子中找出一颗金沙，且这粒“金沙”转瞬即逝，十亿分之一秒后就会衰变成光子和强子等其他粒子。

2012年7月4日，欧洲核子研究中心宣布，该中心通过大型强子对撞机发现了一种新型粒子，其行为特征的一致性，意味着这很可能就是寻找多年的“上帝粒子”——希格斯玻色子。

2012年希格斯玻色子的“发现”，其意义被评价为如同万有引力、进化论、DNA双螺旋结构等的发现。不少科学家也认为，这可能是“半个多世纪来最伟大物理学成就”。但“上帝粒子”的预言者仍与当年的物理学诺贝尔奖失之交臂，一个重要原因是：仍不能确认找到的新粒子是否就是“上帝粒子”。

今年3月，欧洲核子研究中心的科学家宣布，通过进一步分析数据，他们越发确信在去年7月发现的新粒子就是“上帝粒子”。

值得一提的是，中国也是该对撞机的出资者之一，中国科学家也参与了发现“上帝粒子”的工作。

希格斯玻色子的发现，有望改变人类对宇宙的理解，对自然界的认识也会向前推进一大步。但发现了“上帝粒子”，并不意味着粒子物理学即将画上圆满句号。粒子物理学标准模型不是万能的，暗物质、暗能量、物质与反物质不对称等问题，它都不能解释。这一切，还有待科学家们去探究。（记者喻思娈 《 人民日报 》（ 2013年11月04日 20 版））

责编：林露、赵竹青

新闻来源：http://scitech.people.com.cn/n/2013/1104/c1057-23418587.html