不再是“謠言”?
目前,全世界主要有兩大機構在尋找希格斯粒子。一個是位于法國和瑞士交界處的歐洲核子研究中心,它建有世界上最大質子-質子對撞機LHC。在這里,加速器將粒子幾乎加速到光速,在探測器中實現對撞,并記錄所撞出的粒子。另一個就是美國的費米國家實驗室,該實驗室是美國最大的高能物理研究實驗室,在世界上僅次于歐洲核子研究中心。
去年秋天,費米實驗室的萬億電子伏加速器Tevatron因為經費問題而關閉,然而該實驗室積累了大量可供科學家進行分析的數據。3月初,費米實驗室的科學家宣稱,他們最新數據分析的結果顯示,希格斯粒子可能存在于115GeV??135GeV之間,置信度為2.2個標準偏差,這一數據意味著該實驗有1/36的幾率是誤報或者噪音。在科學界,置信度5個標準偏差的實驗結果才被視為正式發現。費米實驗室的觀測數據來自于安裝在Tevatron上的兩個探測器,它們采用不同的技術捕捉和分析新粒子的信息。
和費米國家實驗室類似,歐洲核子研究中心的對撞機上也在不同位置安裝了不同的探測器,以相互驗證實驗數據。不同之處在于,歐洲核子研究中心采用的是通過質子和質子對撞,來分析產生輕子和光子過程中的數據;而費米實驗室采用的是通過撞擊質子和反質子,來分析產生底夸克和反底夸克過程中的數據。
在過去幾年里,關于希格斯粒子存在的“謠言”在歐洲核子研究中心和美國費米國家實驗室常常“閃現”,然而經常出現的情況是,一組科學家發現了希格斯粒子的跡象,另一組科學家則發現相反的結果,科學家們始終在證明“上帝粒子”存在的證據上難以步調一致。
然而這次的情況與以往不同。去年12月13日,歐洲核子研究中心LHC上的兩個探測器的科學家宣布,他們分別發現了一種質量在126GeV到124GeV區間的“上帝粒子”的線索。費米實驗室近期公布的實驗結果則和歐洲去年的這個發現大致吻合。這是不同對撞機、不同探測器、不同科學機構在發現“上帝粒子”跡象方面第一次取得大致相同的結果。雖然這些發現還不能讓科學家們宣告勝利,但這足以讓他們期待今年就可能有最終的結果。
等待“上帝粒子”現身
根據當代粒子物理學的“標準模型”,空間充斥著一種神秘的物質,稱為希格斯場,和電磁場和引力場不同的是,希格斯場的強度在空間的每一處都嚴格相同,而變化的只是各種不同的基本粒子與它的作用方式。正是這些作用方式,給基本粒子賦予了質量。如果沒有了質量和與之息息相關的作用力,我們的星系、恒星、包括我們自己都不會產生。
標準模型所設想的62種基本粒子中,希格斯玻色子是目前唯一尚未被發現的粒子。物理學家相信,它是所有物質的質量之源,是促成宇宙形成的重要粒子,但是極難被發現和分辨,因而有人形容它是物理學家的“圣杯”。
“現在的這個結果更加強了人們對今年下半年可能發現的期待。如果真的如期發現了希格斯粒子,一方面說明標準模型非常完美,但另一方面也限制了發現所謂超出標準模型的新物理的可能性,”清華大學物理系教授王青對《中國新聞周刊》表示,“反之,如果沒能發現標準模型中的希格斯粒子,那么就存在非標準模型希格斯粒子的可能性,并且,也有不存在希格斯粒子的可能性。那就意味著目前粒子物理的標準模型是不完備的,有超出它的新東西存在。”
在物理學界,一些科學家對希格斯粒子是否存在表示懷疑。坐在輪椅上通過電子儀器“說話”的物理學家斯蒂芬·霍金就打賭說,“上帝粒子”并不存在。當然,希格斯本人對自己的理論充滿信心,他已經準備好了用來慶祝的香檳。