尋找“上帝粒子”的最新進展

胡瑤光

(華東師范大學 上海 200062)

1 “上帝粒子”名稱的來源

在現在粒子物理理論研究中，多數人認為，最成功的理論是“標準模型”,它是u(1)×Su(2)×Su(3)規范理論，有12種傳遞相互作用的規范粒子：1種傳遞電磁相互作用的光子,3種傳遞弱相互作用的中間玻色子W+,W-,Z0,8種傳遞強相互作用的膠子;還有6種輕子：e電子，μ介子，τ子和與之相應的3種中微子;再有6種夸克：上夸克u，下夸克d，奇夸克s，粲夸克c，底夸克b，頂夸克t.其他粒子都是夸克的復合體.

按照規范對稱理論的要求：粒子都該沒有質量.這與實驗不符.上述粒子大部分都有質量，這些粒子質量從何而來？英國物理學家希格斯(P.W.Higgs,1929～ )引進了希格斯機制.標準模型建立時，采用了這一機制，使粒子獲得質量.后來，有人認為，在宇宙大爆炸剛發生時，無數的正反粒子同時產生，輕子和夸克通過與希格斯場的相互作用而獲得質量.因而希格斯場粒子是輕子與夸克的質量之源，具有非常重要的地位，所以，科學界稱希格斯粒子為“上帝粒子”.

2 尋找希格斯粒子的實驗進展

20世紀80年代，在美國費米實驗室，發現了傳遞弱相互作用的中間玻色子W+,W-,Z0.1985年他們又發現了頂夸克t.至此，人們認為，標準模型預言的62種粒子中的61種都得到實驗的證實，唯獨關鍵的希格斯粒子沒有找到，這不能不令人遺憾.因此，有不少人懷疑希格斯粒子的存在，其中，著名物理學家霍金就是代表性人物.

希格斯粒子到底是否存在，需要用實驗作出證明.為此，在美國，科學家們和國會議員爭論，爭取建立大能量的強子對撞機，但沒有成功.這一任務后轉給了歐洲核子研究中心(CERN).他們建立了大型強子對撞機(LHC) .此對撞機位于瑞士和法國交界處，加速器軌道長27 km,設計能量達14萬億電子伏(14 TeV),于2010年3月開始運行.2011年12月13日，該研究中心宣布發現了希格斯粒子存在的跡象，后來又說結果無效.2012年7月4日，LHC 兩個主要團隊——ATLAS與CMS的科學家宣布：發現了一種新的亞原子粒子，可能是人們苦苦尋找的希格斯粒子.但科學家同時表示，還需做許多工作來最后確定.2012年7月31 日，上述兩團隊在學術論文預留出版平臺( arXiv.org )公布了關于發現疑似“上帝粒子”的論文，其中詳細描述了新發現粒子衰變成γ射線、W和Z玻色子等物理過程.目前，這兩篇論文已提交給Physics Letters B,準備發表.

3 希格斯粒子發現的重大意義及目前的存疑

當代，對于微觀世界和宇觀世界(宇宙)能進行統一解釋的物理理論，比較成功的就是上述“標準模型”與“大爆炸宇宙理論”.但不少人對這種理論提出了質疑.其中，希格斯粒子始終未找到就是質疑的重要理由.因此，如果希格斯粒子真的找到了，那么，“標準模型”與“大爆炸宇宙理論”就得到了進一步的證實，也許，可以說是決定性的證實.所以，有關可能已找到希格斯粒子的消息一經公布，就引起科學界的轟動與社會的關注.不過，許多物理學家對這個問題，采取了更為謹慎的態度.他們指出：雖然這次發現的新粒子的一些特征，比如，出現的幾率、衰變模型等特征，與理論預言的希格斯粒子相符，但現在的統計性太少，還不足以確定這個新粒子的各種特性.是否希格斯粒子真的已經“找到”，還需要等待進一步的證實.