上帝粒子發現六大影響:宇宙或數十億年後毀滅/圖
2020-11-24 光明網
這是歐洲核子中心大型強子對撞機的ATLAS探測器獲得了數據的模擬粒子路徑圖。希格斯玻色子是當兩個質子以14TeV的極高能級相撞時產生的，此後它會迅速衰變為4個μ子，這是一種不會被探測裝置吸收的大質量電子。這一圖像中，μ子的運行路徑用黃色線標示。
據國外媒體報導，物理學家們上周四(3月14日)宣布他們發現了所謂「上帝粒子」，即希格斯玻色子存在的堅實證據。科學家們長期以來一直在搜尋這種神秘莫測的粒子的蹤跡，而如果這一粒子的存在最終被證實，那麼它將會產生重大影響。
標準模型是粒子物理學的基礎理論，然而其中所有預測的粒子都已經被順利找到，唯獨希格斯玻色子一直杳無音訊。利用建立在法國和瑞士邊境的大型強子對撞機(LHC)設備，科學家們讓質子在長達27公裡的環形軌道內以光速相撞以開展相關實驗。物理學家們表示，一旦確認希格斯玻色子將會至少產生以下六點重大影響：
1. 揭開質量起源之謎
物體的質量是怎麼來的？這個問題一直困擾物理學界，而希格斯玻色子恰恰被認為與宇宙中一切物體的質量起源有關。希格斯玻色子與一種場有關，那就是所謂的希格斯場，理論上認為這種場充斥著整個宇宙。當宇宙中的其它粒子在這一場中運行時便獲得了質量的屬性。這就有點像是大家都在一個遊泳池裡遊泳，然後身上都會被打溼，在這裡，被水打溼就像是物體獲得質量一樣。
美國哈佛大學物理學家傑奧·哥斯達(Joao Guimaraes da Costa)表示：「希格斯粒子的機制讓我們能夠理解粒子獲得質量的途徑和方式。」 哥斯達是去年歐洲核子中心宣布疑似希格斯粒子發現時，大型強子對撞機(LHC)所屬ATLAS探測器設備的標準模型召集人。他說：「如果沒有這種機制，那麼所有的一切物體都將失去質量。」
確認此次發現的粒子確實是希格斯粒子將證明我們設想的粒子獲得質量屬性的方式是正確的。美國加州理工學院物理學教授瑪利亞·斯皮羅普魯(Maria Spiropulu)表示：「這項發現從量子層面支持了我們對於質量來源的看法，而這正是我們當初建造大型強子對撞機的目的。這是一項無與倫比的成就。」
而後，這將進一步為一個更深層次的問題提供解決的線索，那就是：為什麼這些粒子擁有這一質量數值？這個值是如何確定的？對此，哈佛大學物理學家麗薩·蘭德爾(Lisa Randall)表示：「這是一個大得多的問題。確認這的確是希格斯粒子只是整個過程的第一步，此後我們才能更往前走，這兩者之間是相互聯繫的。」
2. 完善標準模型
標準模型是當代粒子物理學的基石，它描述了整個宇宙中所有的粒子。所有被標準模型所預言的粒子此前都已經被找到了，除了希格斯粒子。就在去年宣布初步結果時，歐洲核子中心ATLAS實驗設備科學家喬納斯·斯蘭德伯格(Jonas Strandberg)就曾表示：「這是標準模型中缺失的一環，因此如果這一發現得到最終確認，那麼它將最終證明我們目前的認識是正確的。」
到目前為止，科學家們所發現的這一疑似希格斯粒子似乎和標準模型中預言的性質相吻合。但即便如此，標準模型本身也並不完整：例如它沒有包括引力，也沒有將被認為佔據整個宇宙物質總量約98%的暗物質成分考慮進去。
美國費米國家實驗室CMS中心的物理學家帕提·麥克布雷德(Patty McBride)在上周四表示：「即便有證據清晰地證明目前我們新發現的這一粒子確確實實就是標準模型所預言的希格斯玻色子，即便如此我們對宇宙的認識仍然模糊不清。」他說：「我們仍然不能理解為何引力如此微弱，我們還要面對巨大的暗物質的存在。不過，對於這一已經有48年歷史的經典理論來說，邁出了完善的第一步仍然不失為一件令人高興的事。」
3. 電弱相互作用
確認希格斯粒子還將對電弱相互作用的構建產生重要影響。這種作用是對電磁作用與弱相互作用的統一描述，這兩者都是自然界的基本力類型之一。電磁作用描述帶電粒子之間的相互作用，而弱相互作用則描述放射性衰變過程。
自然界中所有力的作用都和某種粒子有關。比如與電磁力有關的粒子是光子，這是一種質量為零的特殊粒子。而弱相互作用力則和名為W和Z的玻色子有關，這兩種粒子都擁有很高的質量值。而所有這些粒子的質量來源，便被認為是希格斯玻色子的作用造成的。
歐洲核子中心的斯蘭德伯格表示：「如果引入希格斯場的概念，那麼W和Z玻色子就會和這個場混雜在一起，在這一過程中它們便獲得了質量。」他說：「這解釋了為何W和Z玻色子會有質量，並將電磁作用和弱相互作用兩種基本力統一了起來，構成電弱相互作用。」
4. 超對稱理論
超對稱理論也將受到希格斯粒子發現的影響。這一理論認為任何一種已知的粒子都有一個「超級夥伴」粒子，這種夥伴粒子擁有輕微差異的性質。超對稱理論擁有很大的吸引力，因為它可以統一自然界中的其它基本作用力，甚至有希望揭開暗物質構成之謎。然而到目前為止這一理論的前景黯淡，科學家們只找到了和標準模型預言的希格斯粒子性質極其相似的粒子，但是卻沒有能發現任何和超對稱粒子有關的線索。
5. 大型強子對撞機
大型強子對撞機(LHC)是世界上最大的粒子加速器。這一耗資約100億美元的設備率屬於歐洲核子研究中心(CERN)，其目的是創建地球上能級最強大的粒子加速器設施。而其中找出希格斯玻色子則被列為了該設備的最優先目標之一。此次最新宣布的結果為LHC此前的結果提供了強有力的證明，也是對此前一直在這裡為達成這一目標而忘我工作的物理學家們所取得豐碩成果的最好證明。
斯皮羅普魯在去年的一份聲明中表示：「這項發現從量子層面支持了我們對於質量來源的看法，而這正是我們當初建造大型強子對撞機的目的。這是一項無與倫比的成就。」他說：「科學家們已經等待了整整一代人的時間，為的就是這一刻。來自全世界各地大學和研究機構的粒子物理學家，工程師和技術人員們已經為了達成今天的這一成就奉獻了數十年的辛勤工作。現在是時候讓我們暫時停下腳步，回過頭去審視這項發現的意義了，然後再繼續進行海量的數據收集和分析工作。」
希格斯玻色子最早是在1964年由英國物理學家皮特·希格斯和同事們提出的。而這個名字的後半部分則是為了紀念傑出的已故印度物理學家和數學家玻色，他與愛因斯坦一同給出了玻色子的定義。玻色子是一類基本粒子，主要包括膠子和引力子等。其負責傳遞費米子之間的相互作用，如夸克，電子和中微子等等。費米子是宇宙中的另外一種基本粒子類型。
6. 宇宙的命運
希格斯玻色子的確認將為科學家們開啟一扇大門，讓他們得以進行此前無法進行的一些計算。其中一些計算的結果有關宇宙的命運。有一種觀點認為宇宙將在未來數十億年內毀滅。
在進行這樣的計算時，希格斯玻色子本身的質量是一個非常關鍵的參數，它預示了時空的未來命運。目前的測量值顯示，希格斯玻色子的質量約為質子的126倍，這一質量值幾乎已經處在了一個臨界點上，它將有可能讓宇宙在未來數十億年內走向毀滅。
約瑟夫·林肯(Joseph Lykken)是美國費米國家實驗室的物理學家，他表示：「計算的結果告訴我們，在數十億年之後宇宙將可能面臨災難。」他說：「這或許意味著我們所生活於其中的這個宇宙本身存在著內在的不穩定性，在數十億年之後這一切都將歸於瓦解。」
[責任編輯:公衍奇]
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