2012年7月4号欧洲核子中心大型强子对撞机LHC上由ATLAS和CMS两个实验组宣布发现了一个质量在125~126 Ge V范围内的类希格斯波色子。6 000多名实验家参加了这一具有历史意义的实验工作,两个实验组对在对撞能量为7 Te V和8 Te V实验中收集的全部数据进行了认真分析,进一步肯定了该粒子的存在。“上帝粒子的理论工作最终被载入科学史册。”
自从1967年关于电弱统一理论的“标准模型”建立到2012年发现希格斯粒子,物理学家们经历了长达45年的漫长等待。
之所以等了这么久,是因为上帝粒子出现的概率太小了。光子很容易从带电粒子中发射出来,而电中性的希格斯玻色子与普通粒子耦合微弱,只有在极高能量下才能以特殊的方式产生出来。
科学家要用质子对撞机来模拟宇宙大爆炸最初几分钟的高能量尺度状态——两束高速质子迎头相撞,制造出一个白热化状态。而在欧洲日内瓦湖畔之下建造出大型强子对撞机(LHC)之前,世界上的对撞机都无法撞出上帝粒子。要知道,想要让高能粒子沿着圆形轨道行进,就好像让狂奔的犀牛走弯道一样,这不仅需要超导体制造出的强磁场约束,而且轨道弧度还不能太大(LHC的跑道达空前的27 km)。
按照预计,LHC碰撞出的“宇宙小爆炸”,能够达到弱电力统一阶段的能量尺度,但撞出希格斯粒子依然是一个小概率事件,所以当两个实验组都从海量数据中找到希格斯粒子昙花一现的明确迹象后,被请到现场的希格斯也是难掩老泪。
如今,上帝粒子的存在已经被诺贝尔奖肯定,但人类的疑惑并未完全解开。一方面,上帝粒子的一些关键参数的测量尚有较大误差,还需要进一步检验它是否与标准模型的预言真正吻合;另一方面,根据自然性原理,上帝粒子的质量需要人为的精细调节,理论上远无法让人信服。于是,科学家们提出了各种“超标准模型理论”,包括超对称模型、复合希格斯模型和新近的标度不变理论等,并预期在LHC于2015年6月3日启动至2018年结束的第二阶段运行中发现相应的奇特“新粒子”。显然,质量起源之谜的探索还将延续。
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