小粒子,大神通

本刊編輯部

自從文明的曙光降臨大地，人類(lèi)便孜孜不倦地探求宇宙內(nèi)在的規(guī)律。面對(duì)千變?nèi)f化的自然現(xiàn)象，人類(lèi)自古以來(lái)就企圖用少數(shù)幾種“元素”來(lái)歸納它們。到了19世紀(jì)末期，科學(xué)家們認(rèn)為所有物質(zhì)都是由不可分割的原子組成的。此后，在一段較長(zhǎng)的歷史時(shí)期里，科學(xué)家們都認(rèn)為原子是不可再細(xì)分的基本單元。直至人們發(fā)現(xiàn)了“放射性”現(xiàn)象。

人類(lèi)認(rèn)識(shí)物質(zhì)本原的腳步并未停歇，時(shí)間來(lái)到了20世紀(jì)30年代初期。這時(shí)的物理學(xué)家找到了構(gòu)成原子的基本粒子。它們是那樣的簡(jiǎn)單，一共是4種粒子，即質(zhì)子、中子、電子以及假設(shè)中的中微子。當(dāng)然還有光子，光子是電磁波的基本粒子。可是，物理學(xué)家并不滿足，他們著手進(jìn)一步研究質(zhì)子和中子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

1964年，英國(guó)物理學(xué)家彼得·希格斯在進(jìn)行微觀粒子研究的時(shí)候發(fā)現(xiàn)了一種神奇的粒子。希格斯通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，這種粒子竟然比原子還小，而且它和其他基本粒子不同的是，幾乎沒(méi)有自轉(zhuǎn)速度，而且也不帶電。但這不意味著它十分穩(wěn)定，相反它十分不穩(wěn)定，一旦形成就會(huì)發(fā)生衰變。后來(lái)，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)這種粒子是人類(lèi)迄今所發(fā)現(xiàn)的粒子中最微小的一種，被稱為“上帝粒子”。

“標(biāo)準(zhǔn)模型”是現(xiàn)代物理學(xué)家的“杰作”。有人將它稱之為粒子物理學(xué)的“三角大樓”，它是支配建造宇宙萬(wàn)物的“司令部”。令人著急的是，支配建造宇宙萬(wàn)物的粒子物理學(xué)的“三角大樓司令部”的“首長(zhǎng)”——希格斯玻色子（即上帝粒子）卻遲遲沒(méi)有出現(xiàn)。如果找不到這種粒子，“標(biāo)準(zhǔn)模型”的“三角大樓”終將崩塌。

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的實(shí)驗(yàn)，無(wú)疑是人類(lèi)在探索微觀世界歷程中的壯舉。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的作用，是讓高能質(zhì)子兩兩對(duì)撞，捕獲所產(chǎn)生的“碎片”，科學(xué)家需要從這些“碎片”中尋找“上帝粒子”。2020年6月19日，歐洲核子研究組織（CERN）理事會(huì)公布“2020 歐洲粒子物理戰(zhàn)略”，確定了首先建設(shè)一臺(tái)正負(fù)電子希格斯（Higgs）工廠、再建一臺(tái)高能質(zhì)子對(duì)撞機(jī)的路線圖。這一戰(zhàn)略意義深遠(yuǎn)，不僅將為歐洲粒子物理的發(fā)展起到指導(dǎo)作用，而且在全球粒子物理學(xué)領(lǐng)域也將對(duì)我國(guó)、日本和歐洲“希格斯工廠”建設(shè)的競(jìng)爭(zhēng)局面產(chǎn)生影響。

“希格斯工廠”已成為國(guó)際高能物理領(lǐng)域的共同目標(biāo)，是國(guó)際科學(xué)領(lǐng)域所要攀登的珠穆朗瑪峰。雖然“上帝粒子”有待進(jìn)一步的驗(yàn)證，但是它不是探索的終點(diǎn)。