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科学家希望借希格斯玻色子拓展“新物理学”

时间:2019-03-22|栏目: 天文 • 物理 |点击:11

    科学家希望借希格斯玻色子拓展“新物理学”

    2013年7月19日,一名负责维修工作的工人走过欧洲核子研究组织(CERN)的大型强子对撞机。

    科学家希望借希格斯玻色子拓展“新物理学”

    希格斯玻色子在粒子物理学中的角色希格斯玻色子在粒子物理学中的角色

    在无比繁杂的实验数据中,物理学家渐渐弄清了这种神秘粒子的一些特性和行为。不过,有些问题依然令人感到困惑。在无穷小的量子水平上,对希格斯玻色子的了解越多,科学家在某些宇宙学问题——如暗物质——上的解释就会越充分。

    “我们所观察到的希格斯玻色子特征,如质量、相互作用力和寿命等,将为理解更基础性的理论提供强大的约束。”杜伦大学粒子物理现象学研究所(IPPP)主任Valya Khoze说道。从明年开始,科学家将利用已经升级的大型强子对撞机(LHC)对亚原子粒子进行轰击。他们不仅希望能发现新的粒子,而且希望希格斯玻色子显示出更加神奇的一面。

    到目前为止,希格斯玻色子还十分符合粒子物理学里的标准模型。在粒子物理学中,标准模型是一种被广泛接受的框架,同时也是解释宇宙如何构建的主流理论,可以描述强力、弱力和电磁力三种基本力及组成所有物质的基本粒子。

    标准模型的缺陷在于,它不能够解释暗物质或暗能量,而这二者组成了宇宙的95%。此外,标准模型与引力理论也不相容。科学家提出了一些理论来解释上述的矛盾,如超对称模型。超对称是费米子和玻色子之间的一种对称性,或许能够解释暗物质和暗能量。

    目前,在大型强子对撞机上还没有发现任何有关这种对称性的证据。此外,超对称模型预言了至少5种类型希格斯玻色子的存在。科学家希望利用大型强子对撞机做更加深入的研究,观察希格斯玻色子是否会表现出与标准模型不一致的行为。不过,位于日内瓦附近的大型强子对撞机目前处于睡眠模式中,正接受为期18个月的大检修。大型强子对撞机由欧洲核子研究组织(CERN)建造,在7月1日刚刚度过了60周岁的生日。

    “新物理学”

    “这将给我们一个非常好的暗示,即存在着超越标准模型的物理学,我们即将迎来新的物理学,”ATLAS(A Toroidal LHC ApparatuS,超环面仪器)试验计划的负责人戴夫·查尔顿(Dave Charlton)说,“它也将帮助解决我们目前遇到的许多物理学难题。”

    希格斯玻色子是标准模型的基石。在20世纪70年代初,科学家建立了标准模型,用来解释占宇宙5%的可见物质和能量——皆由基本粒子所组成。不过,新发现的一些玻色子却表现出了不一样的特性,令物理学家感到困惑不已。

    首先,他们不明白为什么这些粒子的质量会如此之小,以及它们在宇宙大爆炸之后的早期宇宙中所扮演的是什么角色。这些问题或许得等到所谓的“新物理学”出现之后才能得到解决。

    大型强子对撞机将在明年重新投入使用,科学家希望寻找到新的粒子,包括其他类型的希格斯玻色子,以及可能存在的玻色子“不可见衰变”,从而为暗物质的存在提供证据。

    “标准模型中的所有粒子都已经被发现了,”戴夫·查尔顿说,“如果我们发现了新粒子,那它将指向超对称模型或者其他新的理论。它将告诉我们,标准模型是有漏洞的,还存在其他可能。”查尔顿还说道,我们或许永远不知道大型强子对撞机所发现的希格斯玻色子是否就是标准模型中预言的那种粒子,它也可能仅是与之类似的东西。

    Themis Bowcock是利物浦大学粒子物理学领域的带头人,他说,标准模型的几个预言在过去两年中获得了证实,这使科学家的关注焦点落在了一些未解的问题上。“它使我们退后一步,用更加锐利的眼光来看待知识的边界,”他说,“我们意识到,虽然我们克服了许多距离最近,也最为明显的挑战,但就像一个15世纪的航海家,正向着地图以外的‘新世界’航行一样,我们也在试图发现那剩余的95%。”

    原文链接:https://tech.sina.com.cn/d/2014-07-04/10029476579.shtml

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