小粒子,大神通

本刊編輯部

自從文明的曙光降臨大地，人類便孜孜不倦地探求宇宙內(nèi)在的規(guī)律。面對千變?nèi)f化的自然現(xiàn)象，人類自古以來就企圖用少數(shù)幾種“元素”來歸納它們。到了19世紀(jì)末期，科學(xué)家們認(rèn)為所有物質(zhì)都是由不可分割的原子組成的。此后，在一段較長的歷史時期里，科學(xué)家們都認(rèn)為原子是不可再細(xì)分的基本單元。直至人們發(fā)現(xiàn)了“放射性”現(xiàn)象。

人類認(rèn)識物質(zhì)本原的腳步并未停歇，時間來到了20世紀(jì)30年代初期。這時的物理學(xué)家找到了構(gòu)成原子的基本粒子。它們是那樣的簡單，一共是4種粒子，即質(zhì)子、中子、電子以及假設(shè)中的中微子。當(dāng)然還有光子，光子是電磁波的基本粒子?？墒牵锢韺W(xué)家并不滿足，他們著手進(jìn)一步研究質(zhì)子和中子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

1964年，英國物理學(xué)家彼得·希格斯在進(jìn)行微觀粒子研究的時候發(fā)現(xiàn)了一種神奇的粒子。希格斯通過研究發(fā)現(xiàn)，這種粒子竟然比原子還小，而且它和其他基本粒子不同的是，幾乎沒有自轉(zhuǎn)速度，而且也不帶電。但這不意味著它十分穩(wěn)定，相反它十分不穩(wěn)定，一旦形成就會發(fā)生衰變。后來，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)這種粒子是人類迄今所發(fā)現(xiàn)的粒子中最微小的一種，被稱為“上帝粒子”。

“標(biāo)準(zhǔn)模型”是現(xiàn)代物理學(xué)家的“杰作”。有人將它稱之為粒子物理學(xué)的“三角大樓”，它是支配建造宇宙萬物的“司令部”。令人著急的是，支配建造宇宙萬物的粒子物理學(xué)的“三角大樓司令部”的“首長”——希格斯玻色子（即上帝粒子）卻遲遲沒有出現(xiàn)。如果找不到這種粒子，“標(biāo)準(zhǔn)模型”的“三角大樓”終將崩塌。

大型強(qiáng)子對撞機(jī)的實驗，無疑是人類在探索微觀世界歷程中的壯舉。大型強(qiáng)子對撞機(jī)的作用，是讓高能質(zhì)子兩兩對撞，捕獲所產(chǎn)生的“碎片”，科學(xué)家需要從這些“碎片”中尋找“上帝粒子”。2020年6月19日，歐洲核子研究組織（CERN）理事會公布“2020 歐洲粒子物理戰(zhàn)略”，確定了首先建設(shè)一臺正負(fù)電子希格斯（Higgs）工廠、再建一臺高能質(zhì)子對撞機(jī)的路線圖。這一戰(zhàn)略意義深遠(yuǎn)，不僅將為歐洲粒子物理的發(fā)展起到指導(dǎo)作用，而且在全球粒子物理學(xué)領(lǐng)域也將對我國、日本和歐洲“希格斯工廠”建設(shè)的競爭局面產(chǎn)生影響。

“希格斯工廠”已成為國際高能物理領(lǐng)域的共同目標(biāo)，是國際科學(xué)領(lǐng)域所要攀登的珠穆朗瑪峰。雖然“上帝粒子”有待進(jìn)一步的驗證，但是它不是探索的終點(diǎn)。