假如找到“上帝粒子”会有什么样结果?
自从苹果砸中牛顿,物理学家一直好奇:引力从何而来?什么是质量?400年后希格斯提出猜想:有一种粒子赋予其他粒子质量——在遍布宇宙的场中,无数的希格斯粒子作用于其他粒子,就好像一群乞丐阻滞了路人,使后者表现出“质量”效应——越容易碰撞希格斯粒子的粒子,越难以被加速。
按照这一理论,如果没有希格斯场,宇宙大爆炸后,粒子就会以光速四下乱窜,无法聚合成星星了。
几周前,随着大型强子对撞机实验的初步分析问世,科学家越发倾向于认同以上的理论。假如希格斯粒子存在证据确凿,牛顿心中的苹果应该是落了地。
但希格斯粒子的发现,必然会带来新的疑问。有些问题在标准模型内得不到解释:根据量子原理,希格斯粒子应该会表现出能量的不确定。
“由于所有粒子的质量都是由希格斯给的,那么所有其它粒子也都会随着希格斯变重而变重。”中科院理论物理所研究员杨金民介绍说,“这样就不会有氢原子,也就不会有生命,丰富多彩的大千世界就会变成一片死寂的混沌。”
这显然不符合事实。为此就要引入新的解释结构,比如说“超对称理论”。杨金民介绍说,按照超对称理论,希格斯粒子的质量很自然地稳定在一定能级;而且有好几种希格斯粒子,联合起来给其它粒子提供质量,并且在完成任务后马上衰变。
对于参与LHC实验的科学家,“超对称理论”是一个热门的话题,因为它还给出了暗物质本质的解释——暗物质由超粒子家族中最轻的一种粒子组成。暗物质研究也同样是LHC的几项重要实验主题之一。
“别忘了,标准模型只能解释4%的宇宙,”欧洲核子研究中心的负责人罗尔夫·霍耶尔认为,占宇宙质量96%的暗物质仍然没有得到解释,“我们还有很长的路要走”。
在科学家们看来,找到希格斯粒子,并不意味着粒子物理的所有问题都解决了。许多猜想,比如电磁、弱、强力的统一学说,必须在更高能级下得到验证——科学家们想验证某种简单的解释万物的结构:粒子性质的各种不对称和特异,仅是低能级下的表现;高能级下,各种对称格局的破缺都会消失,就好像高速旋转的陀螺会比静止的陀螺显得更加对称一样。
要获取更多的信息,大型强子对撞机的各种实验还要不停做下去,而且能量还要升高。预计在2013年,LHC会达到满负荷(14万亿电子伏特,现在的两倍)运转。科学家总是期待在高能级上出现全新的物理现象。
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