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欧洲物理学家将于7月4日公布一种全新粒子的证据 |
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“上帝粒子”近在咫尺？ |
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ATLAS探测器（左图）和它的竞争对手CMS都发现了与希格斯玻色子类似的新粒子的清晰证据。
图片来源：Claudia Marcelloni/CERN
本报讯（记者赵路）据《自然》杂志报道，欧洲物理学家将在7月4日公布一种全新粒子的证据。但正式确认这就是人们期待已久的希格斯玻色子——它被认为是隐藏在所有质量背后的粒子——还需要更多的数据。
当传言在大众媒体间蔓延的同时，欧洲核子研究中心（CERN）、位于瑞士日内瓦附近的欧洲粒子物理实验室的物理学家们已经开始秘密地庆祝了。ATLAS试验团队的一位希望保持匿名的成员表示：“毫无疑问，我们有了一个大发现。这是纯粹的喜悦。”
在将近半个世纪的时间里，物理学家已经预言正是一种粒子的存在赋予物质以质量。以理论物理学家Peter Higgs命名的玻色子是将电磁力与弱核力结合为一个单一的“弱电力”相互作用的数学计算的结果。它被认为是粒子物理学标准模型最终的关键部分。
在ATLAS工作的物理学家于2011年发现了希格斯玻色子的踪迹，但他们直到上周才得到来自完整的2012年数据集的第一个坚实的结果。科学家在一个与希格斯玻色子类似的粒子变为两个高能光子的衰变中发现了希格斯玻色子存在的征兆——这是在大型强子对撞机（LHC）中的数百万亿个质子—质子碰撞记录中瞥见希格斯玻色子的一个最干净的方式之一。该数据包含的“有效超额”的碰撞事件的质量大约为125千兆电子伏特，ATLAS的研究人员向《自然》杂志介绍说，这与去年的数据具有相同的值。在希格斯衰变的其他渠道中也发现了类似的征兆，例如它们出现在与希格斯玻色子类似的新粒子衰变为4个轻子的过程中。
一位物理学家表示，ATLAS的主要竞争对手——CMS试验也在其2012年数据中发现了有效的希格斯证据，但由于ATLAS与CMS都有严格的禁令，因此他要求不透露自己的姓名。他说：“事实上，你必须持强烈的怀疑态度而不被我们今天所拥有的所说服，但本周三将要给出的最终结论还在不断完善中。”
物理学家们将一直不会对外宣布发现了希格斯玻色子，直至其信号超过了5西格马，这也就意味着出错的几率仅为0.00006%。ATLAS和CMS试验发现的信号分别介于4.5至5西格马之间，这距离宣布发现希格斯玻色子只有毫厘之遥。这些结果同时也与来自退役的万亿电子伏特加速器的一项分析相一致——美国伊利诺伊州巴达维亚市的费米实验室于7月2日公布了他们的发现。
费米实验室表示，科学家在万亿电子伏特加速器500万亿次正负质子碰撞产生的残骸中发现了希格斯玻色子存在的征兆，并将其质量范围压缩至118至132千兆电子伏特之间，不过，这些征兆还没有进入能够证明这一粒子存在的科学门槛，因为它们也可能来自其他亚原子粒子，因此还需要根据LHC的实验结果来建立发现希格斯玻色子存在的更坚实证据。
CERN的公关主管James Gillies证实，在上世纪60年代提出希格斯机制的4位理论学家——Fran?觭ois Englert、Carl Hagen、Peter Higgs和Gerald Guralnik——将出现在本周三的研讨会上，但他拒绝透露将要宣布的结果。他说：“这些都是不成熟的推测，在ATLAS与CMS合作的发言人站到公众面前之前，情况仍在变化。”
物理学家现在将注意力转向了对新粒子的了解。重要的是，他们想要知道它的行为是否像赋予了物质以质量的希格斯玻色子，具体地说是否像在标准模型中预测的希格斯玻色子那样。物理学家的一个重要任务便是仔细测量新粒子在LHC中不同的产生与衰变方式。而标准模型未曾预测到的外来新粒子的存在甚至有可能干扰基本的量子力学行为。
因标准模型研究而于1999年获得诺贝尔物理学奖的美国安阿伯市密歇根大学荣誉教授Martinus Veltman说：“现在我们必须了解它是否具有希格斯玻色子被认为应该具有的所有属性。”
“上帝粒子”希格斯玻色子
有专家称，如果真能找到希格斯玻色子存在的直接证据，有关发现将获得诺贝尔奖。那么，到底什么是希格斯玻色子，寻找它的意义何在？
经过长期研究和探索，科学家们建立起被称为“标准模型”的粒子物理学理论，它把基本粒子分成3大类：夸克、轻子与玻色子。“标准模型”预言了62种基本粒子的存在，希格斯玻色子是最后一种未被证明存在的基本粒子，由于它难以寻觅又极为重要，因此也被称为“上帝粒子”。
英国科学家Peter Higgs提出了希格斯场的存在，并进而预言了希格斯玻色子的存在。假设出的希格斯玻色子是物质的质量之源，是电子和夸克等形成质量的基础。其他粒子在希格斯玻色子构成的“海洋”中游弋，受其作用而产生惯性，最终才有了质量。尔后所有的粒子在除引力外的另3种力的框架中相互作用，统一于“标准模型”之下，构筑成大千世界。
由于希格斯玻色子是最后一种未被发现的基本粒子，对完善粒子物理学理论“大厦”有重要意义。一旦它被证伪，“标准模型”理论“大厦将倾”。科学界相信它的存在并认为发现它只是时间问题。
长期以来，物理学家借助高能加速器和大型强子对撞机试图揭开它的“面纱”。2011年12月，欧洲核子研究中心宣布，从强子对撞机的数据中发现了希格斯玻色子存在的迹象。此次美国费米国家加速器实验室也宣称接近证实“上帝粒子”的存在，寻找“上帝粒子”的进程似乎渐入高潮。一些科学家认为，寻找希格斯玻色子的范围已经大大缩小，今年可能见分晓。
《中国科学报》 (2012-07-04 A2 国际)
