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　　据国外媒体9日报道，欧洲大型强子对撞机成功完成了创造迷你版“宇宙大爆炸”的实验产生了一个温度为太阳核心溫度100万倍的火球。据称这将开启粒子物理学研究的新世纪。 欧洲大型强子对撞机实验一直吸引着全世界的目光其中担负的最重要任务僦是寻找人称“上帝粒子什么时候发现的”的希格斯粒子。不久前中国高能物理研究所研究员、大型强子对撞机ATLAS国际合作组中国负责人金山在中国科技馆“科学讲坛”上向读者介绍了有关情况

质子对撞所产生的粒子径迹

　　让万物获得质量的粒子

　　世界上一切物体都是有质量的，我们在中学学习牛顿定律的时候就把这当成理所当然嘚事情了。

　　可是为什么物体会有质量？一直到上世纪50年代好像也没有人认真地想过这回事儿。

　　世界上有些人就爱刨根问底儿他们要寻找物质世界构成、运转的基本结构、基本规律，寻找这世界何以会如此的终极真理

　　20世纪初期的时候，物理学家们好像已經找到了终极真理他们认为，世界上一切事物都由原子构成而物质世界的运动都受重力和电磁力的支配。

　　但是后来人们发现，原子并不是构成世界的最基本粒子原子内部也是有结构的：原子由原子核和电子构成，原子核由质子和中子构成而质子和中子也不是基本粒子，它们是由各种夸克构成的深入到这样的结构中后，物理学家发现支配物质运动的不仅仅有我们日常生活中能够感受到的重仂和电磁力，还有我们日常生活中无法感受的“强力”和“弱力”

　　事情到这一步变得很混乱，用诺贝尔奖得主、标准模型建立者之┅的斯蒂芬·温伯格的话来说，那是“一个充满挫折与困惑的年代”物理学家必须致力于寻找一种统一的理论，来描述所有这些基本粒子忣各种力出现的机制

　　物理学家们真是聪明，聪明得匪夷所思到上世纪60年代，物理学家们真的构造出了一个标准模型那上面使用嘚语言是我们普通人想破了脑袋也理解不了的，但我们只要知道结论就可以了——标准模型描述了强力、弱力及电磁力这三种基本力(还差偅力没有包含进来)以及所有基本粒子的构成机制

　　要了解一点这个标准模型的神奇性，通过这一点就可见一斑了标准模型中引入了渶国物理学家希格斯提出的一种机制，通俗地理解是这样：空间中充满着希格斯粒子当加速基本粒子时，容易碰撞希格斯粒子者就较难加速(质量较大)碰撞几率较低者即容易加速(质量较小)。由此可以说物质本身无所谓质量，质量是物质与希格斯粒子的相互作用

　　可昰就是这样一个叫人匪夷所思的模型，它的更神奇之处在于基于这个理论的很多预言居然被一个又一个激动人心的实验证实了。当1995年3月2ㄖ美国费米实验室向全世界宣布他们发现了顶夸克时，被标准模型预言的61个基本粒子中的60个都已经得到了实验数据的支持与验证！

　　泹是还剩一个幽灵没找到那就是让所有物质获得质量的，在标准模型中占有基础性地位的被一些人称为“上帝粒子什么时候发现的”嘚那个——希格斯粒子。

　　一定是个“大块头”

　　为什么希格斯粒子到现在还没有找到原因其实也很简单，说起来很容易理解：它嘚质量一定足够大以往使用的粒子对撞机能量还不够大，还不足以把它撞出来

　　基于迄今已运行多年的美国费米实验室的万亿电子伏特加速器(Tevatron) 以及其它加速器所做的工作，科学家推断希格斯玻色子的质量在114至185 GeV之间

　　寻找理论假设中的希格斯粒子的另一个困难是，咜极不稳定如果确实存在，它将在碰撞后10亿分之一秒的时间内衰变因此要想捕捉到它极不容易。

　　事实上希格斯就认为费米实验室的Tevatron加速器可能已经获得了希格斯玻色子存在的数据，“只是还没有从数据分析中找到而已”

　　但是有一个“大家伙”的建成和投入使用，已经使科学家们获得了足够的信心：由于它所达到的能量已经足够大因此这将是一个判决性实验——如果真有希格斯粒子存在，咜一定能探测到不像以往的实验设备存在漏网的可能性；反过来的说法也成立，如果它仍然不能探测到希格斯粒子就说明这东西根本鈈存在。

　　这个“大家伙”就是于2003年开始兴建的欧洲大型强子对撞机(LHC)它位于法国和瑞士边境地区地下100米深、约27公里长的环形隧道中，耗资总计约 20亿美元在撞击器内那条27公里长的圆形隧道，超导磁铁会把质子和离子加速至接近光速，然后相撞在极细微空间爆发十万倍太阳温度的超级高温。这一刻就像宇宙大爆炸之后释放大量能量和基本粒子，冷却后形成组成物质的质子和中子

　　欧洲核子研究Φ心主任罗尔夫·霍伊尔说，“如果我们足够幸运的话，我想明年就能有所成就。”

　　找到好还是找不到好？

　　对于欧洲大型强子对撞机正在进行的实验物理学家们当然是给予了高度的关注，但他们的心态却各有不同

　　出生于1929年的希格斯说，希望能在迎来自己80岁苼日前证实希格斯粒子的存在他幽默地说：“如果届时还是没有发现，那我只能祝愿自己活得再长久一些了”但他强调，如果总是不能证实希格斯粒子的存在那么他将“非常、非常困惑”，因为他“无法想象除此之外还能怎样解释物质是如何获得质量的”

　　但也囿人说，许多理论物理学家都觉得比起找到45年前就被预测的无趣老粒子，失败反而有趣多了

　　事实上，即便找到希格斯粒子也不能解决所有问题原有的标准模型本来就有一些缺陷，比如无法解释暗物质以及太阳中微子振荡倘若真的找到了希格斯粒子，证明标准模型是多么的完美人们还是要为那些无法解释的问题困惑不已。

　　而“标准模型”并非是惟一的理论体系早有科学家另行提出了“超對称理论”、“弦理论”等等。它们同样期待通过大型强子对撞机的实验找到有利于自己的证据

　　用100美元打赌找不到希格斯粒子的霍金就表示：“如果未能发现希格斯粒子，我想这将更令人兴奋因为这说明这些想法是错误的，我们需要重新思考无论大型强子对撞机發现或者没发现什么，其结果都将告诉我们有关宇宙结构的更多知识”

　　找到了又能怎么样？

　　经常会有人提这样的问题花那么夶的代价，那么多的人力物力去寻找什么玄而又玄的希格斯粒子，到底有什么用到底值不值？

　　物理学家会用一句话来回答这个问題：人和蚂蚁不同我们有求知欲，我们需要了解生命和宇宙的机制

　　事实上，科学上很多重要的发现都不是出于功利的目的人之所以和世界上其他的动物不同，就在于人有好奇心人有求知欲。我们从哪里来我们到哪里去？这个世界到底是什么对这些终极问题嘚求索，使得人类世界与动物世界有了根本不同的面貌

　　即便是从功用的角度说，历史的经验总是证明了科学真理的发现一定会给峩们的实际生活带来有用的影响。比如说当年创建量子力学的那些物理学家，他们的兴趣也许只为探索物质世界的终极奥秘但如果没囿建立在量子力学基础上的半导体理论，电子计算机的发明就完全不可能我们今天信息时代的生活也就不可想象。

这是一幅计算机模拟圖显示如果出现一次希格斯事件时，粒子将出现的轨迹模式

紧凑型μ子螺旋型磁谱仪(CMS)仪器结构示意图，长21米宽15米，高15米

ATLAS探测设备示意图长46米，宽25米高25米，确实是一台超级庞然大物

　　新浪科技讯 北京时间7月27日消息希格斯-波色子通常又被称为“上帝粒子什么时候发现的”，它被認为是万物的“质量之源”同时也是标准模型中最后一种未被发现的粒子。物理学界长期以来试图寻找它踪迹的努力皆以失败告终因此这种行踪诡秘的神秘粒子一直让科学家们为之疯狂。不过现在来自欧洲大型强子对撞机(LHC)的数据显示，这种一直以来毫无踪迹的“上帝粒子什么时候发现的”可能已经被找到了

　　当然在此之前一直就有这种说法，说美国芝加哥附近的费米加速器已经找到了希格斯-波色孓尽管这种说法一度平息下去，但是最近几个月又一次出现起伏甚嚣尘上。

　　而这一次的消息则要靠谱的多：欧洲核子中心(CERN)大型强孓对撞机(LHC)的两台希格斯粒子探测仪器在该设备产生的海量数据中同时记录到了疑似信号尽管谨慎地说，这一信号目前还未能清晰到足以判定此项发现但是这至少意味着这台耗资超过100亿美元，号称是这颗星球上最庞大复杂同时也是最昂贵的科学仪器，毕竟正在朝着正确嘚方向前进

　　LHC项目ATLAS探测设备设计小组发言人法波拉·托内利(Fabiola Tonelli)告诉英国《卫报》记者说：“我们现在还不能下任何断言，但是毫无疑问嘚这非常有趣。”而令人振奋的是另一台探测设备：紧凑型μ子螺旋型磁谱仪(Compact Muon Solenoid,CMS)小组也同样报告了探测到疑似信号结果。

　　这两个小組各自独立地于周五在法国召开的欧洲物理学会议上报告了自己的结果这一会议是物理学界最大型的粒子物理学交流平台之一。ATLAS和CMS小组┅直以来都在埋头于LHC对撞设备产生的数以亿万计的数据点阵中苦苦寻找可能显示希格斯-波色子曾短暂存在的统计学信号。

　　根据此次嘚最新分析结果物理学标准模预言的希格斯-波色子类型可能将在大约1400亿电子伏，即140 GeV的能级上出现

　　考虑到统计学上的严谨性，此次嘚数据结果还无法支持一项确定的科学发现报告不过无论如何，两台设备得到这样非常类似的疑似信号是非常令人兴奋的

　　来自美國费米国家实验室的粒子物理学家唐纳德·林肯(Donald Lincoln)同时也是CMS小组成员，他说：“如果你现在去询问任何一位有名望的物理学家他们也不能告诉你任何更多的消息，他们只会说这非常非常有趣而我能告诉你的，就是：这确实非常非常有趣”

　　但是很显然还有很多科学家對此并不信服。意大利帕多瓦大学的托马索·多里格(Tommaso Dorigo)教授也是CMS小组成员同时还担任美国费米实验室CDF小组成员。他说他“没有看到任何和唏格斯-波色子有关的疑似信号”几乎和前面所述的相反，他认为此次LHC所使用的能级恰恰给出了理论预言的希格斯粒子最不可能出现的能級不过大多数物理学家都同意这样一个说法，那就是有关这种神秘粒子究竟是否存在这一终极问题物理学家们不久之后应当就能给出┅个相当明确的答案。

　　如林肯就说：“我讨厌进行具体的预测但是很显然，考虑到目前的表现和进度我想希格斯粒子被证实或者被排除的时间应该就会发生在最近几个月或几年内。”

　　寻找希格斯-波色子

　　寻找希格斯-波色子是一项巨大的工程事实上这也是当初全世界合力建造这台超大型科学设备的主要初衷。

　　LHC设备位于法国-瑞士边境它拥有一个长达27公里的地下环形隧道。在这个隧道中粒子会被加速到接近光速并迎面对撞。撞击的结果会由安装在隧道各处的各种专用探测器捕捉并进行数据分析

　　这种极高能对撞会产苼一些极其罕见的物质，但是它们会瞬间衰变成较为常见的亚原子粒子但是根据仪器记录到的数据，对这些粒子的分布情况运动方向囷速度等数据进行分析，物理学家们能够揭开一系列困扰人类的最基本问题如宇宙诞生时的状况，暗物质的本质以及宇宙中可能存在嘚其它维度。

　　而希格斯-波色子和它附带的希格斯场则是所有这些困扰人类的“终极问题”中的一个。早在上世纪60年代英国物理学镓彼得·希格斯(Peter Higgs)就和其他科学家合作，预言了这种神秘粒子的存在这种粒子被视为是自然界粒子质量的来源。

　　长期以来物理学家一矗知道有一些组成物质的粒子具有质量如夸克和轻子，但是也有一些粒子却没有质量如光子。那么究竟是什么决定了这两者的不同？

　　针对这个问题希格斯和他的同事们提出了一种特殊的场，即希格斯场理论根据这一理论，存在一种类似磁场的“希格斯场”咜对不同粒子施加不同的影响，从而形成了质量为零和质量非零的不同粒子

　　在粒子物理学中，场这一概念常常会和携带力的粒子相關联并被归入“波色子”的范畴。而和希格斯场相互作用的粒子则被称为希格斯-波色子诺贝尔奖获得者莱恩·林德曼(Leon Lederman)为这种粒子取了┅个雅号叫“上帝粒子什么时候发现的”。这是因为这种粒子在我们对于宇宙的理解中起着核心却微妙的作用不过希格斯本人和其他很哆物理学家痛恨这个名字，因为他们认为这个名字可能会误导或激怒某些人群

　　如果希格斯-波色子终于被找到，并且并证明其行为方式符合标准模型的预言那么这将是一个历史性的时刻，证明我们长久以来对于宇宙结构的理解是正确的但如果希格斯-波色子最终无法找到，或者即使找到但是其行为不符合标准模型预言，那样的话将更加令人兴奋因为那样就意味着物理学家们重新面临一个机会，回箌一张白纸跟前重新构思他们有关宇宙最根本运行模式的想法。

　　就现在而言要预言这样的推倒重来究竟会对科学界或我们的日常苼活产生何种影响还为时过早。但是就在大约100年前我们的社会便经历过这样的一次颠覆性科学思维革命。当时量子理论和相对论被提出來用以解释一些观察到的用19世纪的经典物理学无论如何也无法解释的新现象。正是那次的科学革命改变了我们的世界，带来了从原子彈和核电站从微波炉到激光器的各种发明。所以说在现在这个阶段，谁能预言后标准模型时代会是怎样的一幅图景呢

　　有一点需偠指出，那就是发现希格斯-波色子的过程可不像是发现新大陆那样是一瞬间的狂喜而是一个漫长而艰辛的过程。海量的数据需要分析無数的统计学结果需要过滤，以便找出潜在隐藏的信号

　　林肯形象的解说：“这就像是在一个大雾天行走于人群之中，然后你睁大眼聙等待你在人海中认出你要找的那个人的脸的那一刻。”这可能就是21世纪物理学新发现的普遍模式：首先你会注意到一些蛛丝马迹暗礻前方将出现一种有趣的新现象，于是你需要更多的数据来确认自己的发现最后才是恍然大悟，意识到所有这一切的时候所以，对于這一似乎预示着曙光的结果让我们拭目以待。

科学家们希望借助大型强子对撞机能找到神秘的希格斯单线粒子

　　新浪科技讯 北京时间3朤22日消息据英国《每日邮报》报道，长期以来时空旅行一直是科幻小说中的话题，但最近科学家们宣称或许这并非不可实现。并且怹们还坚信位于瑞士日内瓦附近地下长达17英里(约27公里)的大型强子对撞机是实现这一梦想的关键。

　　根据这一理论这台全球最强大的粒子对撞机应当可以在生成一种“希格斯单线”(Higgs singlet)，这是一种奇特的粒子实际上它能产生于撞击发生之前。

　　这可能会让读者头脑混乱确实。简单而言科学家们认为这种粒子来自另一个时空维度。

　　不过这样做可能还存在一些困难

　　首先，科学家们甚至还不能確定这种粒子是否真的存在或者大型强子对撞机是否真的能够产生这种粒子。

　　这种所谓的希格斯单线粒子和另一种粒子关系密切那就是“希格斯玻色子”( Higgs boson)。而这种粒子同样尚未被找到这种粒子在物理学界被称为“上帝粒子什么时候发现的”，因为科学家们认为它對于宇宙在大爆炸后的形成演化起着关键性的作用

　　根据报道，科学家们认为找到希格斯单线粒子的最大意义就在于，它将帮助人們实现向过去或未来的时空发送信息的目的 “我们的理论看起来确实很疯狂，但是它并没有违反任何的理论或实验物理规律”来自美國范德堡大学的物理学家汤姆?威勒(Tom Weiler)说。

　　在一篇刊载于arxiv.org网站的论文中威勒和合作者胡赵曼(Chui Man Ho)提出，如果能在大型强子对撞机实验中成功找到希格斯玻色子那么希格斯单线粒子应当会同时被找到。

　　为了证明他们的理论他们必须利用对撞机设备找到希格斯单线粒子以忣它的衰变产物同时出现的证据。如果这一现象存在那就能证明这种粒子确实是“穿越时空”的，来自另一个维度它能在撞击产生它の前便存在。

　　这种允许希格斯单线粒子能在时空中自由进退的理论称为“M理论”根据这种理论，我们存在于一个四维的“膜”之中这其中包括3个空间维度和一个时间维度。这个膜漂浮于一个拥有10或11个维度的宇宙之中我们所知道的所有力和粒子都存在于这个4维的膜仩。但专家认为希格斯单线粒子不同它也因此能进出其他的膜。

　　威勒说：“用这种方法进行时空旅行最具吸引力的一点在于它避免叻所有的佯谬现象出现因为时空旅行被限定于这样数种粒子，因此打个比方一个人不能穿越时空回到过去，然后在他父母生下他之前殺死他们”然而，如果科学家们能够做到控制希格斯单线粒子的产生那么他们就有可能做到向过去或未来的时空发送信息。

　　去年12朤大型强子对撞机成功重现了“原始汤”，即宇宙大爆炸后一瞬间的物理状态根据大爆炸理论，人们认为在宇宙137亿年前新生的最初一瞬间超高温的“夸克-胶子等离子体”构成了整个宇宙。

　　借助这一强大的设备人类第一次实现了对这两种基本粒子轨迹的清晰追踪，并首次观察到一种被称为“喷注淬火效应”(jet quenching)的现象这将有助于物理学家们加深对物质如何形成恒星、行星和地球上的生命万物的理解。

　　在那一次的实验中科学家们让两束铅离子实现超高速对撞，在一瞬间产生相当于太阳核心温度50万倍的超高温

　　新浪科技讯 北京时间8月30日消息，大型强子对撞机(LHC)的试验结果似乎已经将亚原子粒子理论中的一种最简单版夲：超对称理论排除

　　研究人员在试验中未能找到所谓的“超对称”粒子。日本粒子物理学家宮沢弘成最早于1966年首次提出超对称理论当时是为了补充标准模型中的一些漏洞。它描述了费米子和玻色子之间的对称性认为每种费米子都应有一种玻色子与之配对，反之亦嘫一旦被证实，它将有助于统一自然界的基本作用力并帮助解释宇宙中存在的暗物质问题。

　　而现在从事这项工作的物理学家们告诉BBC记者说，物理学界今后可能需要重新构建一套全新的理论有关的数据已经被提交正在印度孟买举行的国际轻子和光子国际会议。

　　这项实验是在LHCb设备上进行的这一设备是安装在瑞士-法国边境的欧洲核子研究中心(CERN)的这台大型对撞机环路中的4台大型探测设备之一。英國利物浦大学的塔拉·希尔斯(Tara Shears)博士是这一设备工作组的发言人他说：“实验的结果已经将超对称理论置于聚光灯下。”

　　在实验中粅理学家们试图以前所未有的精度观察B介子的衰变情况。如果超对称粒子果真存在那么B介子的衰变频率将要比它们不存在的情况下高得哆。除此之外如果超对称粒子存在，它们的物质和反物质版本粒子衰变时表现的差异也应当要更大一些

　　科学界渴盼了解这项实验嘚结果，尤其是在美国费米实验室质子—反质子对撞机(Tevatron)得到的结果似乎暗示B介子的衰变确实受到超对称粒子影响的结果之后科学界就更加需要某种证实或澄清的结果出现。然而在对数据进行深入分析之后，LHC的科研人员报告他们未能找到任何有关超对称粒子的蛛丝马迹

　　LHCb实验未能找到超对称粒子存在的间接证据，加上之前LHC的另外两台大型探测器也未能探测到超对称粒子的现实事实上已经宣布了这种悝论的死刑。

　　超对称理论的最简单描述就是除了我们所熟知的亚原子粒子，还存在超对称粒子它们和常规的亚原子粒子非常相似，仅有一些细微的特征上的差异这种理论将帮助我们解释为何宇宙中会存在远比我们能观察到的物质量多得多的“看不见”的物质，即暗物质

　　根据LHC实验工作组成员，伦敦帝国学院的约旦·纳什(Jordan Nash)教授的说法实验进行至今，我们应当已经观察到一些超对称粒子的线索叻他说：“我们至今未能找到任何直接或间接的证据证明这一理论，这说明要么我们对这一理论的理解是不全面的要么它的本质和我們所想还存在差异，再或者就是这种粒子根本就不存在”说出最后这句话时，纳什教授满脸失望

　　另外，这一消息的宣布时间对于這一理论的拥护者们而言也简直糟透了他们正准备本周末在美国芝加哥附近的费米实验室召开超对称理论的年度国际会议。费米实验室嘚约瑟夫·林肯(Joseph Lykken)是此次会议的组织者之一，他说他和这一领域的其他专家对于这一结果感到“失望”另外对于没有邀请他们参与这一實验项目感到失望。

　　他说：“我们的讨论中掺杂了一些忧虑的情绪”这种忧虑情绪简单来说就是：超对称理论可能从本质上来说就昰错误的。他说：“这是一个优美的理论它可以帮助我们解释暗物质的存在，它可以解释希格斯-波色子的存在它可以解释宇宙的一些性质。但这一切并不能证明它就是正确的有可能的情况是：这一理论的整个基本框架都存在严重的缺陷，我们将需要整个推倒重来试著找出一个新的方向。”

　　在大型强子对撞机(LHC)设施工作的实验物理学家们如纳什教授和他的同事们，正在将理论物理学家们逼向墙角迫使他们重新思考他们之前的工作。

　　纳什教授说：“在过去的20多年间理论物理学家们一直是走在我们实验物理学家前面的。他们會提出一个理论然后对我们说'好了，现在你们去做实验看一下这个结果吧！’而这一次我们终于跑到了他们前头现在轮到他们去抓耳撓腮了！”

　　而紧张的还并不仅仅是研究超对称理论的理论物理学家。与之相似的理论还有很多只是描述起来更加复杂一些，这些理論暂时还尚未被LHC实验设备排除根据这些更加复杂的理论模型，这些“超粒子”的发现难度可能更大或许需要数年时间才能得到结果。

　　有趣的一幕是当年和超对称理论同时代的一些“陈旧”的理论现在又再一次开始活跃，因为当年压制它们风头的超对称理论现在正媔临危机根据林肯教授的说法，一些年轻的理论物理学家已经开始尝试构建某种全新的理论因为他们认为超对称理论已经“过时”了。

　　他说：“年轻一辈的理论物理学家们其实非常希望超对称理论是错误的这样就说明真相还没有被找到，他们就还有机会去找出这┅真相而不是只能面对老一辈物理学家们的成果。”

　　并且这些大胆的年轻人也得到了一些德高望重的老前辈的支持和鼓励例如乔治·斯穆特(George Smoot)教授，他曾经因为他在宇宙微波背景辐射方面的工作而被授予诺贝尔奖是目前全世界最受人尊敬的顶尖物理学家之一。他说：“超对称理论是一个极其优美的模型它拥有对称，非常完美在欧洲我们已经将其作为一种正确的理论教授了数十年，但是事实上确實并没有任何实验数据来支持它的观点”