Question to say "I can!"

上帝粒子在哪里?

2011-12-14

参考:科学松鼠会——上帝粒子在哪里?(即生动又幽默!)

在《生活大爆炸》第 5 季第 4 集里,Sheldon 养成了一个新的习惯:所有跟生活琐事相关的决定,他都改用掷骰子的方法来决定。虽然骰子 “掷” 出的决定经常让 Sheldon 很无语,但至少成效还是让他满意的:在坚持了几个星期之后,他不仅在重量级期刊上合作发表了两篇论文,还夸口说: “I'm close to figuring out why the Large Hadron Collider has yet to isolate the Higgs boson particle”。

这句话里提到了两个物理学前沿名词:一个是 Large Hadron Collider , 大型强子对撞机,常被物理学家简称为 LHC ;另一个则是 Higgs boson particle ,希格斯玻色子,常被戏称为“上帝粒子”。 Sheldon 这句话的意思是说,他认为自己快要弄清楚 LHC 尚未发现上帝粒子的原因了。那么,上帝粒子是什么, LHC 又为什么要去找它呢?

这可就说来话长了。一切都要从物理 “physics” 这个词的源头——古希腊语的 “physika” 说起……(停停停!又不是 Sheldon 给 Penny 讲物理,就不必从古希腊星空开始了吧?!) 咳咳,那就长话短说好了。

经过好几代物理学家的努力,到上世纪 70 年代,人们发现自然界的 4 种基本作用力中,除引力以外,其他 3 种都可以用同一个理论来统一描述。这个理论被粒子物理学家称为 “标准模型” ,它把当时已知的所有亚原子粒子都纳入到了一套优雅的体系之中,并据此预言了不少未知的粒子。

随着实验物理学家把加速器越造越大,标准模型预言的未知粒子全都在实验中现身,只有 Sheldon 提到的希格斯玻色子仍然 “在逃” 。这种粒子涉及一种复杂机制,能给大多数已知的基本粒子赋予质量——换句话说,它是物质的质量之源,因而又被称为 “上帝粒子”。

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【“上帝粒子”—— ATLAS 探测器模拟的希格斯粒子衰变艺术效果图。(来源:ummwhat / higgsboson.tumblr.com)】

大型强子对撞机,正是物理学家寻找 “上帝粒子” 所作的最新尝试。 LHC 本质上是一个超大型的粒子加速器,能把质子加速到前所未有的超高能量,再让两束这样的质子迎头相撞。一些理论预言,如果 “上帝粒子” 真的存在,那么在 LHC 设计能够达到的最高能量( 14 TeV )对撞下,它就应该要现身了。可惜,寻找 “上帝粒子” 的道路,从来就没有一帆风顺过。从设计建造到开始运行, LHC 一直事故不断,启动时间也一推再推。甚至直到今天,在已经运行了一段时间的 LHC 中,质子束流的能量也只达到了设计最高能量的一半。最高能量 14 TeV 的对撞,最早也要到 2014 年才能实现。

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【大型强子对撞机(Large Hadron Collider,LHC)正是物理学家寻找 “上帝粒子” 所作的最新尝试。 LHC 本质上是一个超大型的粒子加速器,能把质子加速到前所未有的超高能量,再让两束这样的质子迎头相撞。】

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【欧洲核子研究中心(CERN)的 LHC 实验图。(来源:io9.com)】

据说在 LHC 启动前,霍金押过 100 美元,赌 LHC 发现不了 “上帝粒子” 。不过,千万别让霍金的名气给忽悠了。他曾经跟物理学家基普 • 索恩( Kip Thorne ) “豪赌” 过 3 回——第一回,赌天鹅座 X-1 双星是否包含黑洞;第二回,赌宇宙中有没有裸奇点;第三回,赌的则是黑洞会不会彻底抹杀信息。霍金的最终战绩是 0 胜 3 负,几乎与球王贝利预测世界杯冠军的战绩不相上下!

难怪 Sheldon 在夸海口时也不忘留了一丝余地,说自己快要弄清楚的是 LHC “尚未” 发现上帝粒子的原因。因为,如果对霍金的赌运还有那么一点信心的话, LHC 发现 “上帝粒子” 或许就只是一个时间问题了。不过,谁又敢说,这一回霍金就一定还会赌输呢?

如果能够找到上帝粒子,不仅标准模型功德圆满,下一次 Penny 再为体重烦恼时, Sheldon 就可以一本正经地插嘴说——这其实都是上帝(粒子)惹的祸了。



作者:admin | Categories:神奇世界 | Tags:

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