访陈国明研究员:“上帝粒子”新发现背后的谜团
并非所有物质理论模型都给“上帝粒子”留了位置,为了物理学的未来,必须搞清楚它的存在与否
科技日报:既然希格斯粒子被称为物理学家梦寐以求、苦苦寻觅的“圣杯”,为什么霍金此前坚持认为希格斯粒子不存在?为什么前几年寻找希格斯粒子的过程中,时常会出现一些怀疑之声?
陈国明:其实在物理学界,并不是所有人都相信希格斯粒子必定存在。像我是做实验物理的,此前也确实不完全相信它的存在。但毕竟希格斯粒子的存在与否,事关物理学标准模型的根基。无论相信、反对还是怀疑希格斯粒子的存在,大家都希望尽快把这个问题弄清楚,因此才会投入这么大的项目进行研究。
在理论物理学领域,标准模型并不是唯一的金科玉律。其他还有像超对称理论,认为存在多种希格斯粒子,且与标准模型当中的希格斯粒子有很大不同;而霍金等一些科学家则支持超弦理论,这种理论能把包括引力在内的自然界全部4种基本作用力统一起来,这是标准模型和超对称理论做不到的;但超弦理论中并没有希格斯粒子的位置。正因为这个,霍金才会出100美元跟人打赌说希格斯粒子并不存在,不过他打输了。
科技日报:如果这次能够确认发现了希格斯粒子,将对物理学有哪些意义?
陈国明:如果能证实这次发现的就是希格斯粒子,将是里程碑式的成就,使物理学迈出一大步。
粒子物理的标准模型之所以能被广泛接受,就是因为这个体系中的其他粒子都已经找到,和宇宙大爆炸也不冲突,证据基础非常扎实。而像超对称理论中预言每种已知的粒子都有一种伴子,但至今一种伴子都没有找到;超弦理论同样也没有证据。如果能确认希格斯粒子确实存在,物理学标准模型作为理论基础将更加坚实,从而推动物理学家探索其他前沿问题。
科技日报:当确认发现希格斯粒子之后,粒子物理学还要解释哪些悬而未决的问题?
陈国明:即使这次终于发现了希格斯粒子,仍远远不意味着粒子物理学即将画上圆满句号。物理学标准模型不是万能的,像暗物质、暗能量、物质与反物质不对称等问题,它都不能解释。而根据现有理论,我们的宇宙组成中有73%是暗能量,23%是暗物质,只有4%是目前理论所能解释的物质。
此外,目前人们认为夸克和轻子是最基本的粒子,它们是否还由更小的粒子组成,是否能组成不同于质子、中子的其他形态,也还需要进一步的研究。
科技日报:如果证明希格斯粒子不存在,或者这次发现了一种不符合现有理论的新粒子,是否会像19世纪末催生量子力学和相对论的经典物理学“两朵乌云”(迈克尔逊-莫雷实验和黑体辐射实验)那样,给现代物理学体系带来革命性的冲击?
陈国明:这次发现的结果,并不能完全排除发现的是超对称希格斯粒子或其他的粒子。如果是这样,可能确实会给物理学理论体系造成不亚于类似“两朵乌云”的重大冲击,像媒体说的那样“大厦将倾”。不过,这次发现标准模型预言的希格斯粒子,概率还是很高的。
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