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未知与好奇推动物理学进步——访北京大学教授钱思进(图)

http://www.sina.com.cn  2012年07月31日08:07  国际在线 微博
未知与好奇推动物理学进步——访北京大学教授钱思进(图)

  钱思进教授(摄影:张希焱)

  国际在线报道(记者刘素云、张希焱):2012年7月4日,欧洲核子研究中心CMS和ATLAS两个实验项目同时做出重大宣布,经过全球物理学家们长达近半个世纪的探索研究,他们终于找到了一种与“上帝粒子”即希格斯玻色子非常相近的新粒子。这一新发现对于完善粒子物理学的“标准模型”具有里程碑意义,也是人类探索宇宙道路上的重要一步。7月31日,权威杂志《物理快报(B)》同时刊登了这两个实验项目的论文。北京大学教授钱思进是这一研究项目的参与者之一。

  见到钱思进教授,是在瑞士和法国边境的欧洲核子研究中心接待处门口。那天天气很热,远远看到一位儒雅的中国学者骑着自行车向我们驶来,素色的格子短袖和清爽的短裤,自然随意,而那辆自行车,据说已经骑了十几年,刚换过一次车胎。

  “钱教授……,”然而,我们的迟疑很快就得到了确认。

  钱思进的人生,深深打上了时代的烙印。同那个年代所有知识青年一样,1968年他初中毕业后就去山西农村插队落户,经过三年半的劳动锻炼,后来被推荐上了清华大学,学的是化工专业。再后来,又考上了中科院的物理学研究生,圆了自己的物理梦。在对外开放的大潮中,钱思进也与众多青年学子一样赴美国深造,获得博士学位。上世纪八十年代末,钱思进教授开始进入欧洲核子研究中心工作。9年前,钱思进被北京大学正式聘为教授,同时还继续参与着欧洲核子研究中心大型强子对撞机上CMS探测器国际合作项目的研究工作。

  尽管钱思进不愿意过多谈及自己的身世,而他的出身却又是不可回避的话题。他的父亲是中国著名物理学家钱三强,中国原子能事业的奠基人,新中国“两弹一星”事业的元勋之一。应该说,钱思进的学术之路,与少年时的家庭熏陶不无关系。

  年已六旬的钱思进教授为人随和亲切,说起话来很是健谈,时而还会流露出孩子般的天真。与他面对面,不时会感受到他散发出的人格魅力,进而让你心生崇敬。作为紧张工作的调剂,钱教授尽量每周都会打两次排球,出门则主要靠那辆已经骑了十几年的自行车。

  采访中,钱教授还向我们透露,他是中国国际广播电台环球资讯广播的忠实听众,在北京开车的时候他通常会锁定FM90.5。说起环球资讯的《老外看点》、《环球名人坊》、《档案揭秘》等名牌栏目,他也是如数家珍。而且,有时碰上开车到目的地了,他感兴趣的节目播到关键时刻还没播完,他时常会坐在车里把节目听完。

  近半个世纪寻找希格斯玻色子

  记者:多年来,您在欧洲核子中心亲身参与了寻找“上帝粒子”的实验,那么从物理学角度,究竟该如何理解寻找“上帝粒子”的意义?

  钱思进:物理学本质上就是要探索未知的世界。而未知世界是无穷无尽的,从分子、原子到粒子、夸克,人类对物质世界的认知一直没有穷尽。牛顿力学当初已经被认为很完善的了,发展到尽头了。它在宏观世界中确实是比较完美的,但是在微观和接近光速的情况下就不适应了,就发展出了描述微观世界的量子力学和爱因斯坦的相对论。

  我们现在要找的希格斯玻色子,也就是“上帝粒子”,目的是完善粒子物理学的“标准模型”。我们知道,粒子物理学的“标准模型”理论确认,共有62种粒子构成了世界万物。现在,61种粒子已被找到,最后一个尚未确认的粒子就是希格斯玻色子。四十多年来,物理学家已经通过各种实验证明了“标准模型”对物质构成的描述都是正确的,唯一缺少的就是希格斯玻色子。我们找到它,“标准模型”就完善了。

  记者:寻找希格斯玻色子的努力,已历时近半个世纪,困难到底在哪里?

  钱思进:希格斯为什么难找?主要有以下几个原因。第一,希格斯玻色子的质量很大,在大型强子对撞机出现之前,原来的对撞机能量不够高,按照爱因斯坦的质能关系,很难撞出希格斯玻色子。第二,按照理论计算,希格斯玻色子特别稀有,要碰撞一万亿次才有可能出现一次希格斯玻色子。而碰撞之后,我们看不见希格斯粒子(因为它的寿命极短),只能看见希格斯粒子衰变出来的碎片,如何从掺杂在大量形似的碎片中、将属于希格斯粒子的几个碎片鉴别出来是一件更困难的事情。这些因素造成40多年也没有找到它。

  7月4日宣布发现的新粒子目前应该说是“疑似”希格斯玻色子。就像看照片,现在只有几百像素,图像就比较粗糙,只知道大概是一个人的轮廓,但是这个人是谁就不清楚了。所以现在还在继续对数据进行收集分析,以便能看得更清楚,就如同像素越高清晰度就会越高,最后不仅能看清究竟是谁,甚至能看到眼睛,再仔细就能看到指纹。

  记者:据我们了解,为寻求希格斯玻色子,欧洲核子中心在大型强子对撞机上设立了两个大型实验(即ATLAS和CMS),这两大实验从事的是相同的工作,却又独立运行,为什么?

  钱思进:首先一点,这里的工作充满了强烈的竞争气氛,而竞争性也表现在多个层面上:CMS和ATLAS两大实验在做相同的事,存在相互间的竞争;在CMS合作组里,经常是至少两个小组同时做一个分析工作。然而,上述重叠的工作既是竞争,更重要的是要互相验证。

  一项科学发现往往需要多方独立完成和相互验证才能被证实。所以,欧洲核子中心决定在大型强子对撞机上建造两个构造不同的大型通用实验探测器,目的就在于避免完全相同的设备可能会出现相同错误,而是通过不同的试验方式相互独立地验证所得结果,确保科学发现的准确性。

  也就是说,两个实验采用相同条件下的对撞数据,却使用不同的试验方法,如果最终得到的结果是一致的,就说明这一结果具有较高的准确性。7月4日宣布发现新粒子时,上述两大实验共同参加并同时举行新闻发布会,本月底他们关于疑似希格斯玻色子的科学论文也在同一份刊物上同时发表。

  记者:寻找希格斯玻色子的努力现在已进入一个新阶段,下一步的工作目标是什么?

  钱思进:欧洲核子中心的大型强子对撞机起码要继续运行二、三十年,现在已经规划到三十年以后的事情了,将来还要在设计能量的基础上再加倍,现在的设计能量是每束7万亿电子伏特(TeV),但过去两年是运行在每束3.5TeV,今年是4TeV。从明年起大型强子对撞机要检修两年,2015年重新开始运行时,对撞能量就将达到设计的每束7万亿电子伏特。科学家认为,产生希格斯粒子的几率随能量而增加:14TeV对7TeV,希格斯粒子出现的几率将增加3——4倍。对疑似希格斯玻色子的特性的准确测量判定,需要比现在多很多倍的数据;同时我们也在寻找其他超出标准模型的可能的新粒子。

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