物理学家计划搜寻成对的希格斯玻色子

正对于迫不及待想要探索新疆域的粒子物理学家来说,发现希格斯玻色子已经变成一种甜蜜中带着苦涩的成功。2012年,全球最大的原子对撞机——大型强子对撞机(LargeHadronCollider,LHC)探测到希格斯玻色子。这种人类长久以来苦苦寻找的粒子填补了基本粒子和基本力标准模型的最后一个缺口。但是从那时起,标准模型已经成功通过每一次测试,没有产生对物理新发现的一丁点暗示。现在,希格斯玻色子本身也许提     

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     

超大型强子对撞机

<正>预计未来的超大型强子对撞机(VLHC),其加速环的周长将达到100公里,产生的能量是目前大型强子对撞机的7倍。2008年在欧洲启动大型强子对撞机(LHC)时,粒子物理学家们没有奢求要一台更大型的强子对撞机。当2012年LHC完成了最初的使命——发现希格斯玻色子,物理学家开始兴奋的憧憬设计一台机器来取代它:超大型强子对撞机(VLHC)。     

时间机器的工作母机

位于欧洲核子中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC)将引领人类去探索万亿能标(terascale)的世界.几经周折,现在这台庞大的环状机器即将运转,利用这台机器,人们期待发现什么呢?这是一个举世瞩目的问题.LHC原本是为了发现希格斯玻色子而建造的,它是标准粒子模型中最后一种尚未观测到的粒子.希格斯(P.Higgs)本人坚信会发现这种粒子.     

仍然隐藏于希格斯玻色子中的物理学

<正>自2012年发现希格斯玻色子以来,大型强子对撞机还未发现新的粒子,但物理学家表示,人类仍然可以从希格斯粒子中了解很多东西。2012年,粒子在大型强子对撞机(LHC)27千米长的圆形隧道中相撞,产生了希格斯玻色子。希格斯玻色子是粒子物理学标准模型所预测的最后一个失踪粒子,也是将数十年前的一组方程组合在一起的关键所在。但在大型强子对撞机上还没有发现其他新的粒子,这为人类留下了许多标准模型无法解开的宇宙谜团。一场关于是否要     

质量之谜：希格斯机制与希格斯玻色子——2013年诺贝尔物理学奖简介

质量之谜长期以来一直困扰着物理学家们。直到1964 年,恩格勒、布绕特与希格斯才提出了生成质量的机制,此机制中预言的希格斯玻色子一直萍踪难觅。为搜寻该粒子,欧洲核子中心(Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire,CERN)斥资60 亿欧元建设大型强子对撞机(Large Hadron Collider,LHC)。2012 年7 月LHC 的超环面实验组(A Toroidal LHC Apparatus, ATLAS)与紧凑渺子线圈实验组(Compact Muon Solenoid,CMS)分别宣布找到了希格斯粒子。至此,人类也揭开了上帝粒子的神秘面纱,此机制的提出者也被授予2013 年诺贝尔物理学奖。     

意大利女科学家将履新CERN

<正>意大利粒子物理学家、欧洲核子中心(CERN)大型强子对撞机(LHC)ATLAS探测器实验主管法比奥拉·吉亚诺蒂(Fabiola Gianotti),两年前曾吸引了全世界的目光,2012年7月4日,当时她作为ATLAS团队发言人与CMS探测器代表在CERN宣布,他们分别发现了科学家一直在努力寻找的希格斯玻色子。     

《自然》:2012十大科学事件回顾

1.找到希格斯玻色子 掌声、欣慰、喜悦和泪水.2012年7月,世界上最大的物理实验正式发现了希格斯玻色子.欧洲核子中心的大型强子对撞机在经过500万亿次质子碰撞实验之后,物理学家可以很自信地宣布,他们已经看到了一个质量大约为125千兆电子伏特的玻色子.大约50年前,包括彼得·希格斯(Peter Higgs)在内的一些理论物理学家提出,希格斯场遍布于宇宙中并赋予某些粒子以质量,而希格斯玻色子则是希格斯场的具体化.令人失望的是,除了根据粒子物理学标准模型所作的预测,没有令人信服的线索揭示出希格斯玻色子的行为.如今,大型强子对撞机终于发现了根据超对称理论预测的粒子,这将大大拓展我们对亚原子世界的理解,并有助于对暗物质等神秘现象做出解释.     

“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     

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     

跃跃乎,“上帝粒子”?

且惊且喜:LHC首战告捷众所周知,当今国际物理学界的头等新闻乃是,欧洲核子研究中心(CERN)宣布:大型强子对撞机(LHC)的探测器发现了疑似的希格斯(玻色)粒子,其质量为125.3(±0.6)GeV,接近预测质量范围的下限值。LHC继另外两台大型高能粒子加速器LEP和     

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     

物理学界的头等大事

为了揭示物质的本源,由欧洲核子中心(CERN)2000名科学家和工程师组成的CMS与AT-LAS探测器小组展开了角逐,争相探寻希格斯粒子的踪迹,目标直指诺贝尔奖——离瑞士日内瓦湖西端不远的罗讷河平原的地底下,工作人员正在为超级粒子对撞机——大型强子对撞机(LHC)作最后的组装工作。LHC是欧洲核子中心(CERN)负责修建和运作,由60多个国家的科学家齐心合力,费时20多年,斥资80亿美元打造出来的,将有望成为开启宇宙秘密之门的钥匙。     

发现希格斯玻色子简史

●希格斯玻色子的发现是科学发现史上最为轰动的事件之一,瑞士日内瓦附近的欧洲核子研究中心(CERN)的物理学家7月4日宣布,他们通过大型强子对撞机(LHC)找到了期望已久的希格斯玻色子,50年时间对这种赋予     

在实验室中闪现物质-反物质对

何处是猎取希格斯玻色子(Higgs boson)或神秘粒子的场所,并在那里能设法做到物质与其反物质同时出现?看来,目前只有位于瑞士日内瓦附近欧洲核子研究中心的强大粒子加速器——大型强子对撞机(LHC)有此可能。在美国物理学会最近于波士顿举行的一次学术讨论会上,有两篇报告叙述了极微量的这种稀奇之物质-反物质对能够在实验室中闪现。     

声音

正"如果上帝粒子没有被发现,物理会更有趣。"——史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)2013年11月12日著名理论物理学家史蒂芬·霍金在参加伦敦科学博物馆举办的一项活动时表示自己对希格斯玻色子被发现感到很失望。他的观点可以代表少数物理学家的看法:如果我们最终没有找到希格斯玻色子,这就意味着有令人激动的"新物理"等待我们去探索。在活动的最后,他告诫观众们:记得仰望星空,而不是只顾脚下。     

物理学家在对撞机困境面前需要勇气

<正>1983年发现W和Z玻色子的对撞机实验的领导者卡罗·鲁比亚(Carlo Rubbia)认为,粒子物理学家现在应该共同在创新的"希格斯工厂"中将μ子碰撞在一起。整个世界都是由17个已知的基本粒子组成的。卡罗·鲁比亚带领的团队发现了其中的两个。1984年,鲁比亚与西蒙·范德梅尔(Simon van der Meer)分享了诺贝尔物理学奖,因为他们对前一年发现W和Z玻色子的实验做出了"决定性贡献"。这些粒子传递四种基本力中的一种——即弱力,弱力导致了放射性衰变。鲁比亚在日内瓦附近的CERN实验     

物理学家在希格斯粒子上的争论

<正>在互联网上,科学家们正在为赢得预测希格斯这个难以捉摸的粒子的诺贝尔奖而掀起了一场论战——颁奖困境尽管令人难以捉摸的希格斯粒子直到现在还未被发现,但是已经引发了一场论战。不久前在法国举行的一次研讨会上,在对于哪些理论物理学家应该受到褒奖的问题上     

物理学未来依然光明

人们对LHC寄予极高期望,并且怀着急于求成的迫切心情.实际上,凭借LHC对粒子物理标准模型的深层次验证已经初露锋芒,对年前所发现的(疑似)希格斯粒子的各种属性正在继续检测.然而,LHC的能量标度虽然很高、但尚不算极高,藉此还一时难于生成质量更大的粒子或形成甚高能量的新物质形态,以检验超对称、超统一量子理论和宇宙学标准模型,这本是情理中事;况且,LHC的检测工作已走上正常探索轨道,相信日后会陆续取得一些其他成果.显然,高能物理探索这样的大科学工程不可能轻而易举、一蹴而就.目前要使高能物理深入发展,确实存在种种困难;但就此断定:以相对论和量子理论为两大支柱的现代物理已陷入困顿局面(僵局),甚至支柱理论或将寿终正寝,则未免有点危言耸听.     

2012年科学热点展望

希格斯玻色子2012年,长期以来令物理学家迷惑不解的希格斯玻色子将被揭开其神秘的面纱,或发现它存在的证据,或证明它并不存在。如果能证明其存在,它将成为一个事实,而不仅仅是一种科学猜测。世界上最大的原子轰击器——欧洲粒子物理实验室的大型强子对撞机,正在以惊人的速度产生数据,届时,希格斯玻色子或者无可辩驳地闪亮登场,或者黯然退出人们关注的视线。希格斯玻色子存在还是不存在,2012年见分晓。