


2012年7月4日,欧洲核子研究中心(CERN)发现疑似“上帝粒子”的新闻,震动了世界科学界。因为这有可能意味着“人类对宇宙的理解,将要改变”。
“在探索上帝粒子的过程中,中国科学家是全程参与者。”参与了CERN多项研究的中国粒子物理学家、中国科学院院士、原中科院高能物理研究所(下简称“高能所”)所长陈和生自豪地说。
陈和生,今年66岁,早年毕业于北京大学物理系,后师从于诺贝尔物理学奖得主丁肇中,获美国麻省理工学院博士学位,学成归国后成为中国的第一位博士后,长年致力于国际最前沿的粒子物理学的研究。他说,粒子是目前人类认识物质的最小结构单元,粒子物理学家们通过研究粒子试图揭示更多宇宙的奥秘。
“上帝粒子”:拼图的最后一块
“上帝粒子”在物理学中的标准名称其实是希格斯玻色子,由于它极其重要而又难以寻觅,所以获得了“上帝粒子”的别称,陈和生告诉本刊记者。
为什么说它极其重要?陈和生解释,这要从物理学在20世纪的三次跨越说起。
人们先是发现原子由原子核和电子构成,形成了原子物理学;后来又发现原子核由质子和中子构成,形成了原子核物理学;最后发现质子、中子由更小、更基本的“粒子”构成,这就形成了粒子物理学。
经过长期研究和探索,科学家们建立起粒子物理的“标准模型”,把基本粒子分成三类:夸克、轻子与玻色子,对所有已知的粒子正确地分类,并成功预言了若干新粒子的存在,其中除希格斯粒子外均早已在实验中发现。唯有最关键的希格斯玻色子迟迟未被发现,成为物质在粒子微观层面结构拼图中缺失的最后的一块。在“标准模型”中,希格斯玻色子是物质的质量之源,其他粒子都在它构成的“海洋”中游弋,与其作用而产生质量,构筑了大千世界。诺贝尔物理学奖获得者莱德曼曾形象地称它是“指挥着宇宙交响曲的粒子”。
但是,希格斯玻色子却又难以寻觅,万亿次以上的质子对撞才能产生一个希格斯玻色子,信号很弱,寿命也十分短暂。标准模型对其质量也没有预言。为了寻找它,全世界的物理学家们已经努力了近半个世纪。
欧洲核子研究中心(CERN)是当今世界最大型的粒子物理学实验室,它位于瑞士首都日内瓦,在欧洲有20个成员国,并吸纳了中国、美国、日本等多个国家参与合作。CERN把全世界的粒子物理学家集合起来,被视为国际间合作的典范。“寻找‘上帝粒子’所需的资金、人力、物力和技术,已经超过了任何一个国家的承受能力。因此,国际合作是粒子物理研究的唯一选择。”陈和生说,“中国科学家在探测器研制、运行、数据分析等方面都作出了重要贡献。”
此次找到“上帝粒子”的大型强子对撞机(LHC)是世界上规模最大、能量最高的粒子加速器,它自1994年立项,建成于2008年,耗资百亿美元,由全人类共同打造,也被寄予了全人类共同的梦想。CERN利用LHC组织了CMS和ATLAS两个实验小组,分别寻找希格斯玻色子,被称作是人类有史以来投资最多、规模最大、参与科研人员的人数和国家最多的实验。
2012年7月4日,CMS和ATLAS两个小组都宣布,他们发现了疑似“上帝粒子”的新粒子,引起轰动。那么,这一次,人类找到“上帝粒子”了吗?
CERN在新闻发布会上声明:“新发现粒子的特征与长期寻找的希格斯玻色子相一致。”但是,科学家们还需要进行更精确的论证后,才能正式确定这是否就是“上帝粒子”。陈和生补充说,粒子物理学现在还有另一种模型“超对称模型”,该模型中也有希格斯玻色子,但性质与“标准模型”又有所不同。这次新发现的粒子究竟是哪种粒子,恐怕还需要多年的验证。“但是,无论如何,只要它是一个新的粒子,那么就是很大的突破。”他肯定地说。