撩起“上帝粒子”神秘面纱

　　欧洲核子研究中心近日宣布，其“紧凑缪子线圈”(CMS)和“超环面仪器”(ATLAS)两个强子对撞实验项目，均发现一种新的粒子，而该粒子很可能就是几代物理学家寻找了数十年、被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子。科学家认为，这可能是粒子物理学领域过去30年到40年中最大的发现之一，是人类理解自然和宇宙的“里程碑”。

　　发现粒子，霍金“认赌服输”

　　最近，由于疑似“上帝粒子”的发现，英国著名科学家霍金有点“失落”。“我曾经和美国密歇根大学的凯恩教授打赌，认为希格斯玻色子不会被找到，看来我刚刚输掉了100美元。 ”霍金风趣地说。面对疑似粒子的现身，他不无溢美之词：“这是一个重要的发现，应该能带给彼得·希格斯一个诺贝尔奖。 ”

　　希格斯玻色子是以英国理论物理学家彼得·希格斯名字命名。物理学基本粒子“标准模型”理论预言了62种基本粒子的存在，希格斯玻色子是最后一种未被发现的基本粒子。1964年，希格斯提出希格斯场的存在，进而预言了希格斯玻色子的存在，并认为它是物质的质量之源，是电子和夸克等形成质量的基础。由于它难以寻觅又极为重要，被称为“上帝粒子”。 “上帝粒子”自旋为零，其他基本粒子在其作用下产生质量，为宇宙的形成奠定基础。科学家认为，如果希格斯玻色子真的被发现，可以与哥伦布发现新大陆相提并论。

　　弄懂希格斯场、希格斯玻色子，是件困难的事。 1993年，英国曾发起一场全国竞赛，寻找对希格斯场最好、最通俗的解释。结果，物理学家大卫·米勒获胜。米勒将希格斯场比喻成在一个房间内正在聚会的政治团体，里面每个人都是一个玻色子，英国首相撒切尔夫人则是一个基本粒子。当普通人走进房间的时候，不会引起注意。如果走进来的是撒切尔夫人，情况则会大为不同。许多人会走上来，围起来，使得撒切尔夫人放慢脚步，这就像是给了撒切尔夫人一种“质量”。希格斯玻色子正是其他基本粒子的质量之源。

　　寻觅踪迹，难度大于登月

　　疑似“上帝粒子”的发现，归功于欧洲核子研究中心运行的大型强子对撞机和全世界数千名科学家的共同努力。“寻找这个粒子，如同大海捞针，比登月还难。目前，单凭一个国家的力量，也许可以登上月球，但没有一个国家仅仅凭借自身的人力、物力、财力和技术，能够完成类似于大型强子对撞机规模的实验。 ”中科大教授刘衍文告诉记者。

　　根据“标准模型”和大爆炸理论，宇宙起始于一次大爆炸。大爆炸刚发生时，无数的正反粒子同时产生，轻子和夸克通过与希格斯场的相互作用获得质量。这些粒子凝聚成物质，通过长时间的演化形成了星系。希格斯粒子只有在大爆炸的瞬间产生，现在寻获这种粒子，只有建造能量强大的对撞机，给两束高能粒子加速到接近光速，然后对撞来模拟宇宙大爆炸后极短时间内的物质状态。但每亿万次的对撞，才有可能产生一个希格斯粒子，并且该粒子转瞬即逝，十亿分之一秒后就会衰变成其他粒子，实验探测非常艰难。

　　为寻找“上帝粒子”，全世界30多个国家、7000余名科学家参与了实验。仅建造大型强子对撞机本身就花费近十年时间，耗资大约47.5亿美元。中国参与研究的科研机构有5家，分别是中科大、中科院高能物理研究所、北京大学、南京大学和山东大学，中科大团队人数最多，有20人。据中科大ATLAS组负责人赵政国教授介绍，中国科学家在仪器研制、设备调试、数据分析等方面作出了重要贡献。其中，中科大承担了基于电磁量能器的光子鉴别与触发效率的研究，对确定光子探测效率发挥了重要作用。

　　“新粒子不是一下子发现的，是长期数据积累的结果。 ”刘衍文透露，在前3年上亿次数据采集、分析的基础上，科学家们去年逐渐发现一些新粒子存在的迹象。今年，两个多月获取的对撞数据量超过去年全年数据量，研究人员从上千万亿的对撞事例中，观察到几百个相同的新粒子。 “这种新粒子表现出的特征与理论预期极为接近，但还不能断定它就是‘上帝粒子’。 ”刘衍文说，由于新粒子数量不多，如同低像素图像，只能看到模糊人影，是不是“上帝粒子”还很难说，但可能性还是很大。

　　未知世界，探索未有穷期

　　“上帝粒子”的科学意义已不言而喻，其现实意义何在呢？一位天体物理研究者曾说，在大多数现实的人看来，某种粒子存在与否与碗里有多少肉无关，但这并不成为人们放弃纯科学研究的理由。 “探求未知世界，源于追根问底的好奇心驱动。这是人类对未知的本能追问，更是人类文明发展的动力，能让我们更好地感知世界、思考我们身处的这个宇宙。 ”刘衍文表示，虽然新粒子的实际用途无法预料，它也未必能立即吹响新一轮科技革命号角，但基础科学的每一个重要进步，都可能大大推动应用科研的发展。

　　300多年前，一个树上落下的苹果，启发了年轻的牛顿，让他发现了万有引力定律。倘若没有这个定律，人类不可能进入神秘的太空，今天中国神九发射也不可能成功。 100多年前，英国物理学家汤姆逊刚刚发现电子的时候，他也难以回答其现实意义。今天，面对随处可见的电子设备，已没有人怀疑当年电子“露头”的意义。

　　“新粒子的发现及其发布，能给我们很多启示。 ”刘衍文说，探求未知世界是无止境的，即使这次发现的是“上帝粒子”，科学界已知的基本粒子可能还只是整个宇宙物质中的很小一部分，物理学“标准模型”理论仍不能解释暗物质、暗能量、物质与反物质不对称等问题。此外，欧洲核子研究中心向外公布发现新粒子时的措辞也十分严谨，在没有确定为希格斯玻色子前，坚持用“疑似”一词。 “科学就是科学，它是严谨的，容不得半点作假和夸大，必须摒除各种利益对科学研究的影响。 ”刘衍文坦言。(记者 桂运安)