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稀格玻色子“上帝粒子”的中国贡献

2012-07-09 20:28:40 来源:中国日报
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大约137亿年前,宇宙还处于一个密度极大且温度极高的太初状态。宇宙经过不断的膨胀到达今天的状态。当大爆炸结束后,构成宇宙的物质包括夸克-胶子等离子体,以及其他所有基本粒子。

尽管6种夸克和6种轻子都已发现,但被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子至今尚未在实验中观察到。希格斯玻色子((Higgs boson))是粒子物理学标准模型预言的一种自旋为零的玻色子,被认为是物质获得质量的根源。

中国科学院高能物理研究所陈国明研究员告诉中国日报记者,由于希格斯玻色子只在大爆炸的瞬间产生,而且很快就衰变了,所以人们很难找到它存在的证据。

“那么我们怎么才能观测稀格玻色子?我们必须模拟大爆炸最初的时刻。,”陈国明说。

陈国明是欧洲大型强子对撞机CMS实验小组成员之一,每年都要赴欧洲核子中心进行合作研究。

欧洲核子中心的两大实验CMS((紧凑渺子线圈))和ATLAS((超导环场探测仪))共有中国科学家60人参与,分别是中国科学技术大学、中科院高能物理研究所、北京大学、南京大学与山东大学。

而其中的的大型强子对撞机的CMS试验汇集了来自全球38个国家,175个大学或研究所的3000多位科学家参与,总投资5亿瑞朗,其中中国大陆方面中方贡献1%。

在全世界的瞩目下,欧洲核子中心((CERN))科学家于7月4日宣布看到一个新粒子,很可能就是希格斯玻色子。

“看到这个成果,怎么能不令人兴奋呢!” 欧洲核子中心研究室主任Sergio Bertolucci说。((CERN Research Director Sergio Bertolucci))

“去年我们曾声明,2012年我们要么发现类似希格斯玻色子的新粒子,要么排除希格斯玻色子标准模型理论。经过慎重观察,我们找到了分歧点:新粒子的发现预示着我们对未来的理解更进一步。”

英国物理学家彼得•希格斯((P.W.Higgs))和其他学者一起在1964年提出了希格斯机制,以解释物质的质量之源。但这个学说并没有立即得到人们的认可。

比如,英国媒体每日电讯报引用霍金自嘲的话, “我和密歇根大学的戈登•卡尼(Gordon Kane)打了赌,我说希格斯粒子是不会被找到的。但现在看起来我似乎刚刚输掉了100美元。”

已经83岁的彼得•希格斯在爱丁堡大学出席新闻发布会。当希格斯教授听到宣布该粒子存在的声明时,当场老泪纵横,他说:“对我来说,这真是难以置信。这一切竟然会在我的有生之年发生。”

在发现稀格玻色子的CMS试验中,中国的贡献主要集中在三个方面。中科院高能所和北京大学组成的CMS中国组成功建造1/3的端部缪子探测器阴极条室和阻性板室。另外,中国科学院上海硅酸盐研究所向CMS提供了用于电磁量能器的5000余根自主研制的钨酸铅(PWO)闪烁晶体。

大型强子对撞机建于日内瓦附近、瑞士和法国交界地区地下100米深处的环形隧道内,隧道总长约27公里,两束能量均为3.5万亿电子伏特的质子流将在超导磁铁约束下“迎头相撞”。

“假如我们现在用两个玻璃球对撞,那么玻璃球会撞碎,里面的复杂结构我们就能看出来了,”陈国明说,“不过质子对撞要困难的多。每对撞10的^12次方才可能出现一个稀格玻色子。”

“另外,CMS中国组在下一阶段将着重研究Higgs的相互作用特性。清华大学的邝宇平院士在LHC对撞之前就很有前瞻性地提出,在Higgs被发现之后选取质子质子对撞产生两个前向喷注加两个W粒子的事例来研究Higgs和W的相互作用强度。我们已经使用蒙特卡罗模拟研究了这一过程,并且在国际刊物上发表。同时用真实数据研究了前向喷注的特性,以CMS的名义发表了文章。因此我们在Higgs和W的相互作用强度的测量方面已经走在头里,”陈国明说。

今年3月,美国费米实验室“万亿电子伏特粒子加速器”(Tevatron)也宣布他们不就将公布了一项“有趣”的结果。尽管Tevatron已经处于半退役状态,但是它之前进行的对撞实验产生的海量数据尚需分析。

据英国广播公司网站和《自然》杂志网站7月2日报道,美国能源部下属的费米国家加速器实验室当日宣布,该实验室万亿电子伏特加速器((Tevatron))的数据“强烈表明”了被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子的存在。不过,这些数据只能接近证明它的存在,还需要根据欧洲大型强子对撞机((LHC))的实验结果来建立发现“上帝粒子”存在的更坚实证据。

来源:中国日报(记者 程盈琪) 编辑:于姝楠

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