标准模型是粒子物理学的基础理论,然而其中所有预测的粒子都已经被顺利找到,唯独希格斯玻色子一直杳无音讯。利用建立在法国和瑞士边境的大型强子对撞机(LHC)设备,科学家们让质子在长达27公里的环形轨道内以光速相撞以开展相关实验。物理学家们表示,一旦确认希格斯玻色子将会至少产生以下六点重大影响:
1.揭开质量起源之谜
物体的质量是怎么来的?这个问题一直困扰物理学界,而希格斯玻色子恰恰被认为与宇宙中一切物体的质量起源有关。希格斯玻色子与一种场有关,那就是所谓的希格斯场,理论上认为这种场充斥着整个宇宙。当宇宙中的其它粒子在这一场中运行时便获得了质量的属性。这就有点像是大家都在一个游泳池里游泳,然后身上都会被打湿,在这里,被水打湿就像是物体获得质量一样。
美国哈佛大学物理学家杰奥·哥斯达(JoaoGuimaraesdaCosta)表示:“希格斯粒子的机制让我们能够理解粒子获得质量的途径和方式。”哥斯达是去年欧洲核子中心宣布疑似希格斯粒子发现时,大型强子对撞机(LHC)所属ATLAS探测器设备的标准模型召集人。他说:“如果没有这种机制,那么所有的一切物体都将失去质量。”
确认此次发现的粒子确实是希格斯粒子将证明我们设想的粒子获得质量属性的方式是正确的。美国加州理工学院物理学教授玛利亚·斯皮罗普鲁(MariaSpiropulu)表示:“这项发现从量子层面支持了我们对于质量来源的看法,而这正是我们当初建造大型强子对撞机的目的。这是一项无与伦比的成就。”
而后,这将进一步为一个更深层次的问题提供解决的线索,那就是:为什么这些粒子拥有这一质量数值?这个值是如何确定的?对此,哈佛大学物理学家丽萨·兰德尔(LisaRandall)表示:“这是一个大得多的问题。确认这的确是希格斯粒子只是整个过程的第一步,此后我们才能更往前走,这两者之间是相互联系的。”
2.完善标准模型
标准模型是当代粒子物理学的基石,它描述了整个宇宙中所有的粒子。所有被标准模型所预言的粒子此前都已经被找到了,除了希格斯粒子。就在去年宣布初步结果时,欧洲核子中心ATLAS实验设备科学家乔纳斯·斯兰德伯格(JonasStrandberg)就曾表示:“这是标准模型中缺失的一环,因此如果这一发现得到最终确认,那么它将最终证明我们目前的认识是正确的。”
到目前为止,科学家们所发现的这一疑似希格斯粒子似乎和标准模型中预言的性质相吻合。但即便如此,标准模型本身也并不完整:例如它没有包括引力,也没有将被认为占据整个宇宙物质总量约98%的暗物质成分考虑进去。
美国费米国家实验室CMS中心的物理学家帕提·麦克布雷德(PattyMcBride)在上周四表示:“即便有证据清晰地证明目前我们新发现的这一粒子确确实实就是标准模型所预言的希格斯玻色子,即便如此我们对宇宙的认识仍然模糊不清。”他说:“我们仍然不能理解为何引力如此微弱,我们还要面对巨大的暗物质的存在。不过,对于这一已经有48年历史的经典理论来说,迈出了完善的第一步仍然不失为一件令人高兴的事。”
3.电弱相互作用
确认希格斯粒子还将对电弱相互作用的构建产生重要影响。这种作用是对电磁作用与弱相互作用的统一描述,这两者都是自然界的基本力类型之一。电磁作用描述带电粒子之间的相互作用,而弱相互作用则描述放射性衰变过程。
自然界中所有力的作用都和某种粒子有关。比如与电磁力有关的粒子是光子,这是一种质量为零的特殊粒子。而弱相互作用力则和名为W和Z的玻色子有关,这两种粒子都拥有很高的质量值。而所有这些粒子的质量来源,便被认为是希格斯玻色子的作用造成的。
欧洲核子中心的斯兰德伯格表示:“如果引入希格斯场的概念,那么W和Z玻色子就会和这个场混杂在一起,在这一过程中它们便获得了质量。”他说:“这解释了为何W和Z玻色子会有质量,并将电磁作用和弱相互作用两种基本力统一了起来,构成电弱相互作用。”
4.超对称理论
超对称理论也将受到希格斯粒子发现的影响。这一理论认为任何一种已知的粒子都有一个“超级伙伴”粒子,这种伙伴粒子拥有轻微差异的性质。超对称理论拥有很大的吸引力,因为它可以统一自然界中的其它基本作用力,甚至有希望揭开暗物质构成之谜。然而到目前为止这一理论的前景黯淡,科学家们只找到了和标准模型预言的希格斯粒子性质极其相似的粒子,但是却没有能发现任何和超对称粒子有关的线索。
5.宇宙的命运
希格斯玻色子的确认将为科学家们开启一扇大门,让他们得以进行此前无法进行的一些计算。其中一些计算的结果有关宇宙的命运。有一种观点认为宇宙将在未来数十亿年内毁灭。
在进行这样的计算时,希格斯玻色子本身的质量是一个非常关键的参数,它预示了时空的未来命运。目前的测量值显示,希格斯玻色子的质量约为质子的126倍,这一质量值几乎已经处在了一个临界点上,它将有可能让宇宙在未来数十亿年内走向毁灭。
约瑟夫·林肯(JosephLykken)是美国费米国家实验室的物理学家,他表示:“计算的结果告诉我们,在数十亿年之后宇宙将可能面临灾难。”他说:“这或许意味着我们所生活于其中的这个宇宙本身存在着内在的不稳定性,在数十亿年之后这一切都将归于瓦解。”
“上帝粒子”听这个名字,就知道它的重要性了。人们一直相信事物的运转与发展是有机可循的。而“上帝粒子”一旦被发现。那么之前的种种推测都变得可能实现。也许对于宇宙的命运我没无法干预,但是了解的越多,就越明白我们生活的坏境究竟是怎样的。