捕捉“上帝粒子”:一场人类智慧的接力赛

对粒子物理学家们来说,证明希格斯玻色子的存在固然皆大欢喜,证明希格斯玻色子不存在也同样可喜可贺,因为真相的出现就是胜利……缺席的玻色子宇宙大爆炸理论虽然相对合理地解释了有关宇宙起源的种种困惑,但对宇宙中的物质如何演变,恒星和星系如何形成则要仰仗经典力学理论的帮助才能予以回答。当年牛顿看见苹果从树     

“上帝粒子”:接近发现的希格斯玻色子

北京时间2012年7月4日,欧洲科学家宣布接近发现上帝粒子,或可解开万物质量来源之谜。那么,究竟为什么物理学家会如此痴迷上帝粒子?它的发现又有何重大意义呢?请跟随本文一同去寻找答案。2012年7月4日到11日的高能物理国际会议,是一场被物理学家认为即使不睡觉也没问题的物理大事件。究竟是什么事情让科学家们如此疯狂?毫无疑问,那就是捉弄世人几十年的上帝粒子——希格斯玻色子接近发现了!     

从LHC到希格斯玻色子的发现——两本与“上帝粒子”有关的新书介绍

《希格斯:"上帝粒子"的发明与发现》(Higgs:The Invention and Discovery of the‘God Particle’),吉姆·巴戈特(Jim Baggott)著,牛津大学出版社,纽约,2012.$24.95(277页),ISBN 978-0-19-960349-7《宇宙尽头的粒子:对希格斯玻色子的搜寻如何引领我们到一个新世界的边缘》(The Particle at the End of the Universe:How the Hunt for the Higgs Boson Leads Us to the Edge of a New World),肖恩·卡罗尔(Sean Carroll)著,达顿出版社,纽约,2012.$27.95(341页),ISBN 978-0-525-95359-3由于欧洲核子中心(CERN)大型强子对撞机(LHC)研究程序获得的备受瞩目的成功,看到相关新书的出版也就一点也不令人吃惊:它会告诉你这个由LHC开始的戏剧性故事,以及那个很可能是希格斯玻色子的发现。这两本书一是肖恩·卡罗尔(Sean Carroll)的《宇宙尽头的粒子:对希格斯玻色子的搜寻如何引领我们到一个新世界的边缘》;另一是吉姆·巴戈特(Jim Baggott)的《希格斯:"上帝粒子"的发明与发现》。两本书都介绍了希格斯玻色子的史诗般的传奇,虽然作者有他自己处理故事的方式,但二者都着重突出了所涉及的人。事实上,在描述历史和人物上二者都是最强的。理论家卡罗尔以一个准知情人的视角讲述了这个故事。尽管他并没有直接参与LHC的研究,但他是一个颇有些名望的物理学博主——在今日世界,有关一项发现的传闻在博客世界中出现要远比官方的通告来得早——卡罗尔叙述了他是如何通过他的"媒体"来关注2012年7月对希格斯玻色子的宣告的。《宇宙尽头的粒子:对希格斯玻色子的搜寻如何引领我们到一个新世界的边缘》一书的开篇是引导性的描述和有关标准模型的简史,以及对LHC探测器是如何工作的作了粗略的解释。然而,这本书关注的重点是希格斯场和玻色子,作者在对称性以及如何打破对称——即使这意味着得到了一个破缺的对称性——等问题上花费了一些笔墨,特别是有关希格斯机制和LHC的章节十分有趣,文笔优美流畅。这本书非常适合于那些喜欢以谈话形式描述希格斯玻色子及其意义的读者。如果你的邻居是非专业人士,那么他们也会喜欢它。当然,《宇宙尽头的粒子》也存有一些不足,即在书的前半部分中,经常出现卡罗尔的自说自话。应该说,一本好书会吸引读者沉浸到故事之中,直到一切都结束。该书还介绍了量子场论,这一理论描述了如何将电子、光子和所有其他亚原子粒子表达成不同场的振动模式。由于通俗文学中难得见到独特的见识,《宇宙尽头的粒子》一书对于一个对现代物理学细节感兴趣的读者会有所裨益。然而,卡罗尔给予量子场论的待遇比我期待的"肤浅"。其实,要是以适当的难度将这个问题对目标群体多写几页,将会大大拓展这本书的受众面。最后,我对此书的一个忠告是,卡罗尔频繁提及的引力子,毫无疑问这是一种推测中的粒子,可在书中却给粗心的读者留下印象,似乎它们是公认的事实,而不是理论上的假设。《希格斯:"上帝粒子"的发明与发现》则具有完全不同的风格。巴戈特是一位自由撰稿人,不是物理学界的局内人,他的作品如同保鲜盒,致使读者很容易地进入他的故事而无需刺激性的情节。尽管他的题材相对狭窄,该书实际上是在写关于对称性的——希格斯玻色子的发现确实是过去近百年来的最高成就,在那期间,科学家已经越来越意识到对称性在我们宇宙中所扮演的角色。在该书的第一章,介绍了一位才华横溢的数学家埃米·诺特(Emmy Noether,她的名字与拥有守恒定律的物理学理论中的数学对称性紧密相联),然而,在描述过程中存在较明显的缺陷。巴戈特给出空间和时间对称性的常见例子分别导致动量和能量的守恒,但他试图通过量子力学相对称性来解释电荷守恒的起源。这是准确的,但我不能确信非专业人士会理解他的描述。在我看来,读者更情愿简单地接受另一种被发现的对称性,即电荷的守恒,虽然它仅仅意味着对"量子力学相是什么"这个问     

“上帝粒子”是怎么一回事

“上帝粒子”究竟是虚无,还是真实地存在？从48年前它被预言的那日起,这个问题就成为粒子物理学界争议的焦点。这个逗弄得物理学界都为之“疯狂”的小东西究竟是怎么一回事？为何寻找它的旅程如此艰难？     

揭秘上帝粒子:非同寻常的诺贝尔物理学奖

正欧洲大型强子对撞机上发现的新希格斯粒子有可能成为标准模型预期的上帝粒子。这一革命性发现开创了探索宇宙中所有基本粒子质量起源的新时代,成为21世纪基本粒子物理学的关键转折点。新的里程碑2012年六七月之交的周末,笔者在欧洲核子研究中心(CERN)所在地拍摄了一张照片,上面除了飘扬着的各成员国彩旗之外,还能看到厚重的乌云与阳光交错的天空,以及衔接云层的山峦。这很能够描述当时CERN的物理学家们在即将揭开一个惊天秘密之前的紧张与兴奋心情。几天之后的7月4日,CERN新闻发     

粒子物理学的历史性时刻来临

<正>欧洲核子中心7月4日宣布了一种质量约为125~126GeV的疑似希格斯玻色子在大型强子对撞机(LHC)的两个子探测器ATLAS和CMS中被发现,并达到了5σ的标准差。     

CERN发现的新粒子会让标准模型划上圆满句号吗

正标准模型被认为是目前认识物质世界的最完善的理论。了解标准模型的发展以及所取得的成就有助于深刻认识希格斯粒子发现的重大意义。而标准模型是在亚原子物理的发展中产生、发展和完善的。     

“我不希望将其称为‘上帝粒子’”——彼得·希格斯采访记

欧洲核子研究中心(CERN)宣布发现了类似希格斯玻色子的新粒子后,提出相关理论的爱丁堡大学荣誉退休教授彼得·希格斯成了人们关注的焦点,为了帮助读者进一步了解这位与众不同的科学家,本刊特     

希格斯玻色子的发现及其科学意义

自从首次预测希格斯粒子存在的50年以来．科学家终于宣布。世界上最期望已久的粒子终于在大型强子对撞机上被检测到。在瑞士日内瓦附近欧洲核子研究中心（CERN）的礼堂内,充满了经久不息的热烈掌声、口哨声和欢呼声。这一突破意味着解释所有已知粒子以及作用于它们的各种力的粒子物理学标准模型．可望得以完成。     

超越希格斯:异奇常特物衰理变学信号现

●新粒子的古怪行为或将帮助检验超越粒子物理学标准模型局限性的理论:一种新型的转瞬即逝的希格斯玻色子正在引发世界各地的狂欢热潮,但这种粒子也许尚未打破受到人们完全信赖的模型。或许,大多数物理学家正希望如此。     

“上帝粒子”也许并不存在

希格斯玻色子是由英国人彼得·W·希格斯(Peter W.Higgs,左上图)等物理学家在上世纪60年代提出的一种基本粒子,它被认为是物质的质量之源,因此被称为上帝粒子。但这种粒子就像神话中的独角兽一样难觅影踪。尽管科学家们仍在努力寻找其踪     

粒子物理学到了转折关头

●作为一种尚未被人知晓、然而却为其他粒子产生质量的希格斯玻色子,是完成并确认粒子物理标准模型所需的最后一个要素。希格斯玻色子将扩展标准模型希格斯玻色子的发现或将使标准模型更为完整。让我们暂且同意,大型强子对撞机(LHC)的探测器ATLAS以及紧凑型μ介子螺线管已经发现了一个质量约125千兆电子伏特(GeV)的希格斯玻色子。虽然     

探究物质最基本的结构——从中微子和正负电子对撞谈起

首先对粒子物理的基本目标、实验方法、研究现状以及粒子标准模型进行了简要介绍。解释了为何寻求超出标准模型的物理信号是现阶段物理学研究的核心任务。接着着重介绍了首个在粒子物理实验中被证实的超出标准模型的实验信号、中微子振荡及其实验测量,以及通向新物理原理的探针——希格斯(Higgs)玻色子。最后,介绍了高能物理实验设施,特别是现有的北京正负电子对撞机项目和未来的环形正负电子对撞机项目。对于后者,除了明晰其突出的物理学意义和物理学性能,还阐述了其对科学技术的促进作用。     

近代发现史上人类智慧最伟大的成就之一 希格斯玻色子的发现及其科学意义

●自从首次预测希格斯粒子存在的50年以来,科学家终于宣布,世界上最期望已久的粒子终于在大型强子对撞机上被检测到。在瑞士日内瓦附近欧洲核子研究中心(CERN)的礼堂内,充满了经久不息的热烈掌声、口哨声和欢呼     

希格斯之后的新粒子景观——后LHC时代的“希格斯工厂”探究

欧洲大型强子对撞机(LHC)发现了疑似希格斯玻色子,从而在粒子物理学研究史上留下了浓重的一笔。然而,科技的进步如白驹过隙,科学家们认为LHC行将落伍,拟计划建造其替代品——ILC、LEP3抑或CLIC,便于更精确地研究希格斯玻色子及其相互作用。新粒子抑或更复杂有趣?当世界各地的粒子物理学家7月5日醒来之时,那欢乐的场面、解脱的感觉乃至热泪盈眶的情景仍然记忆犹新——除此之外,仍有一个巨大的问题没有答案。就在前一天,欧洲核子中心(CERN)宣布,一个疑似希格斯玻色子的新粒子在大型强子     

寻找缺失的“拼图”

我们从何处来?我们是谁?我们往何处去?也许自从人类有了意识以来,这些问题就一再被提起,不少科学家穷尽了一生去向前追溯:人类的起源、生命的起源、星球的起源,直至宇宙的起源。自20世纪60年代发展起来的物理学标准模型,依赖于希格斯玻色子的存在。这种粒子是物理学标准模型预言的一种自旋为零的亚原子粒子,当它与其它粒子碰撞时会使一些粒子质量变大,一些粒子质量减轻,还有一些粒子则完全失去质量,形成我们今天所知的宇宙。希格斯玻色子的发现除了能给发现者带来诺贝尔奖,还将为物理学的这段空中楼阁岁月做一     

“上帝粒子”的存在获新证据

<正>去年7月4日,欧洲核子研究中心(CERN)宣布,该中心的两个强子对撞实验项目发现了同一种新粒子,它的许多特征与科学家寻找多年的希格斯玻色子一致。如今,CERN发布公告称,最新的数据分析显示,这一种新粒子越来越像希格斯玻色子。科学家分析了比去年的研究多2.5倍的数据,来计算新粒子的量子特性以及它与其他粒子之间的相互作用。但CERN表示,     

《科学》杂志揭晓2012年十大科学突破——发现“上帝粒子”居首

美国《科学》杂志网站12月20日公布了该刊评选出的2012年十大科学进展,其中发现被称为上帝粒子的希格斯玻色子被列为本年度最大科学突破。其余入选的科学突破包括遗传学、工程等领域的科学成就。     

对撞出“金苹果”

<正>砸在牛顿头上的那只苹果开启了一位科学伟人的思想宝库,也开启了一个人类认知自然的崭新时代。而在2010年3月底,对撞成功的欧洲大型强子对撞机有望在电光     

“不赞成对粒子名称做任何修改”——希格斯玻色子的另两位发现者访谈录

1964年,在彼得·希格斯提出有关希格斯粒子设想的差不多同一时段,好几位其他研究人员独立发表了相似的理论。在欧洲核子研究中心(CERN)于7月4日举行的高能物理会议前夕,英国《新科学