希格斯玻色子小檔案

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【新唐人2012年7月4日訊】(中央社日內瓦4日路透電)瑞士日內瓦附近的歐洲核子研究中心(CERN)科學家,今天公開他們在搜尋希格斯玻色子(Higgs boson)上的最新發現。這種次原子粒子是137億年前大爆炸(Big Bang)之後,恆星、行星乃至生物形成的關鍵。

希格斯玻色子是什麼?

在說明宇宙基本結構的標準模型(Standard Model)理論上,希格斯玻色子是尚未尋獲的最後一塊拼圖。標準模型預測出的另11種粒子已經找出,若再尋獲希格斯玻色子,便可使標準模型獲得證實。但若排除希格斯玻色子存在的可能性,或是發現更奇特的東西,那麼將迫使科學家重新思考宇宙的構成。

科學家相信,在大爆炸後的第十億分之一秒,宇宙有如1大碗粒子湯,以光速四處移動,沒有質量可言。這些粒子是在與希格斯場(Higgs field)互動之下才獲得質量,最終形成宇宙。

希格斯場是理論上的能量力場,無法目擊,遍布在整個宇宙。有些粒子不會受到希格斯場影響,因此沒有質量,比如組成光的光子。

想像美國影星喬治克隆尼(George Clooney)(希格斯玻色子)走在街上,周圍有一群攝影師(希格斯場)圍繞著他,一名普通男子走在同條街上(光子),沒有獲得狗仔注意,繼續過著他的一天。希格斯玻色子就是希格斯場的特徵,就像其中一名攝影師的睫毛。

希格斯玻色子是理論上的粒子,在1964年由6名物理學家首次提出相關假設,其中一人是英國人希格斯(Peter Higgs)。

搜尋希格斯玻色子是在1980年代認真展開,一開始是在芝加哥附近的費米實驗室(Fermilab)現已封存的「正負質子對撞機」(Tevatron)上進行,其後在歐洲核子研究中心的類似機器上進行。但在2010年後,隨著歐洲核子研究中心大型強子對撞機(Large Hadron Collider)的啟動,而進行得最密集。

● 標準模型是什麼?

標準模型之於物理學,猶如演化論之於生物學。這是物理學家對於宇宙如何構成的最佳解釋。標準模型認為有12種基本粒子存在,這些粒子受到4種基本作用力支配。

不過宇宙是個大地方,標準模型只能解釋其中一小部分。科學家知道,在我們可以目視的物質以及必然存在的物質之間有缺口。這個缺口一定是由我們尚未完全了解的東西充塞,他們稱之為「暗物質」。星系相互遠離的速度,也比我們所知讓它們分離的力量還快。這個空隙則由「暗能量」補足。這兩個我們不怎麼了解的東西,據信佔宇宙質量和能量96%。

證實標準模型或者可能修正這個模型,將朝物理學聖杯邁進一步,也就是包含暗物質、暗能量與地心引力的「一切理論」,這也超出了標準模型所能解釋。這也有助於理解更深奧的觀念,像是平行宇宙的可能性。

歐洲核子研究中心發言人吉里斯(James Gillies)曾表示,就像愛因斯坦(Albert Einstein)的理論是圍繞著牛頓(Isaac Newton)的研究而發展,歐洲核子研究中心數千名物理學家正在進行的研究,也有可能在愛因斯坦研究的基礎上更上層樓。

● 大型強子對撞機是什麼?

大型強子對撞機是世界上最大且最強的粒子加速器,是27公里長的環狀管路,座落於瑞士與法國邊界下方100公尺的隧道上,斥資30億歐元建造。

兩束質子從管路相反方向發射出,然後相互碰撞,每秒創造出好幾百萬次的粒子碰撞,以複製大爆炸若干分之一秒後的狀況,據信當時希格斯場已「啟動」。

因此產生的大量資料,交由數排電腦檢查。在數兆次的粒子碰撞中,只有極少數的狀況可展現出希格斯玻色子。這讓尋找希格斯玻色子的速度慢下來,只有漸次進展。

● 證實的門檻是什麼?

要聲稱有新發現,科學家自己設定出他們稱為「5個標準差」(5 Sigma)的確認目標,使他們根據粒子加速器資料所作結論純屬統計湊巧的機率,降低到100萬分之一以下。

歐洲核子研究中心尋找希格斯玻色子的兩個團隊稱為Atlas與CMS,他們現在有兩倍資料,讓他們可在去年年底聲稱「貌似瞥見」希格斯玻色子,這也許足以使他們的成果跨過門檻。(譯者:中央社張曉雯)

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