發現「上帝粒子」衰變過程對普通人意味著什麼?

2020-11-30 前瞻網

發現「上帝粒子」衰變過程對普通人意味著什麼？

 黃琨 • 2018-08-31 18:34:02　來源：前瞻網　E4985G0

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（圖片來源於cnet）

本周，想必關注了科技公眾號的讀者，都被「粒子物理學家通過大型強子對撞機實驗首次觀測到希格斯玻色子衰變為底部夸克過程」的消息刷屏了。不過，對於普通大眾或者只是略懂科普知識的人來說，這件事的詳細過程和對於我們的重要性，很難被完全理解。本文將簡單談談，為什麼你應該關心玻色子和夸克這種組成宇宙萬物的無限小粒子。

最簡單的道理是，粒子物理學研究的是「烘焙」我們現實世界的原料和配方，這就已經值得人們關心了。難道說，平常你只關心吃喝到嘴裡的東西味道好不好，但認為它的做法和原料不值得研究嗎?

當然，道理是空泛的。不過，考慮到類似幫助我們理解宇宙本質的科學探索，已經產生了所有人都在享受著的突破和利益，從實時全球通信網絡，到可能會拯救你的生命的去纖顫器無一不包，你還覺得這毫無意義嗎?有可能在未來某一天，我們對玻色子、夸克及其伴隨而來的神秘現象有了充分理解後，能開發新的、更清潔的能源，到其他太陽系旅行，或者活得更長、更健康。

關於希格斯玻色子，物理學家們早在幾十年就推測到它的存在，但直到2012年，它才第一次在大型強子對撞機中被發現。這很重要，因為按照主流理論，希格斯玻色子和一種被稱為「希格斯場」的普遍能量場的相互作用，是亞原子粒子獲得質量的原因。

費米實驗室物理學家和希格斯玻色子的共同發現者林肯表示，在希格斯提出相關理論之前，質量是一種完全神秘的東西。為了更深入地了解希格斯玻色子是什麼，以及它是如何與希格斯場相互作用的，林肯很好地把它分解了，他在幾年前就在TED中，向全世界科普了他的研究成果。

不過這次的重點不在這裡，本周的新發現是，物理學家第一次觀測到了希格斯玻色子最常見的衰變過程和產物。這一點很重要，因為這種輕飄飄的粒子非常不穩定，且衰變速度極快，無法直接觀測到。所以在過去，科學家實際上是通過觀測它衰變的產物來完成的，就像憑氣味嗅出一隻臭雞蛋一樣。

「就像蘋果砸在地上一樣，希格斯玻色子通過與時空結構的相互作用，被轉化成我們在實驗中觀測的最終碎片，」加州理工學院物理學教授紐曼(Harvey Newman)解釋道。

因此，通過尋找希格斯玻色子最常見的衰變產物——底夸克——來應徵其存在，應該是有意義的。「但有一個複雜的問題，」林肯解釋說，「希格斯玻色子非常非常罕見，它們在每十億次碰撞中才出現一次。而大多數碰撞都是由強大的(底夸克對)核力產生的，這些強力的底夸克完全掩蓋了希格斯玻色子衰變產生的夸克」。

這就像有新的玉米粒，在加熱之前是看不見的。現在，科學人員必須在一個裝滿白色泡沫塑料的白色盒子裡加熱玉米粒，而這些泡沫塑料看起來和爆米花一模一樣。從外面往房間裡看，你唯一能證實這種玉米粒存在的方法，就是指出罕見的加熱，但是沒有爆開的玉米粒。但這也無法證明希格斯玻色子的確切存在。

聖克魯斯粒子物理研究所的尼爾森表示：「如果你只能觀察到動物獨特的鼻子和尾巴，你可能會讓自己相信這是一頭大象。根據你的預期，你甚至可以對大象的身體做出一些假設，但拉下帘子，直接觀察大象的主體部分，會讓你更加滿意!」

而這一次，就是「直接觀察了大象的主體部分」。

這周的發現不僅能讓研究人員滿意，還能告訴我們關於宇宙的一些重要信息，以及宇宙中所有的物質來自哪裡。還是拿吃的作比，「如果你認為希格斯場是「糖漿」，在真空賦予粒子質量——這意味著我們(製作食物)似乎只需要一種糖漿，即使對於完全不同類型的粒子,」 大型強子對撞機粒子物理學家查爾頓(David Charlton)表示。

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