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[走近院士]:陈和生:纳宇宙于粒子
撰文 本刊记者 李舒亚

中国科学院院士、粒子物理学家陈和生,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。 摄影 段崴/人民画报

201274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CMSATLAS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。

201274日,CMSATLAS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。

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