寻找“上帝粒子”的最新进展

胡瑶光

(华东师范大学 上海 200062)

1 “上帝粒子”名称的来源

在现在粒子物理理论研究中，多数人认为，最成功的理论是“标准模型”,它是u(1)×Su(2)×Su(3)规范理论，有12种传递相互作用的规范粒子：1种传递电磁相互作用的光子,3种传递弱相互作用的中间玻色子W+,W-,Z0,8种传递强相互作用的胶子;还有6种轻子：e电子，μ介子，τ子和与之相应的3种中微子;再有6种夸克：上夸克u，下夸克d，奇夸克s，粲夸克c，底夸克b，顶夸克t.其他粒子都是夸克的复合体.

按照规范对称理论的要求：粒子都该没有质量.这与实验不符.上述粒子大部分都有质量，这些粒子质量从何而来？英国物理学家希格斯(P.W.Higgs,1929～ )引进了希格斯机制.标准模型建立时，采用了这一机制，使粒子获得质量.后来，有人认为，在宇宙大爆炸刚发生时，无数的正反粒子同时产生，轻子和夸克通过与希格斯场的相互作用而获得质量.因而希格斯场粒子是轻子与夸克的质量之源，具有非常重要的地位，所以，科学界称希格斯粒子为“上帝粒子”.

2 寻找希格斯粒子的实验进展

20世纪80年代，在美国费米实验室，发现了传递弱相互作用的中间玻色子W+,W-,Z0.1985年他们又发现了顶夸克t.至此，人们认为，标准模型预言的62种粒子中的61种都得到实验的证实，唯独关键的希格斯粒子没有找到，这不能不令人遗憾.因此，有不少人怀疑希格斯粒子的存在，其中，著名物理学家霍金就是代表性人物.

希格斯粒子到底是否存在，需要用实验作出证明.为此，在美国，科学家们和国会议员争论，争取建立大能量的强子对撞机，但没有成功.这一任务后转给了欧洲核子研究中心(CERN).他们建立了大型强子对撞机(LHC) .此对撞机位于瑞士和法国交界处，加速器轨道长27 km,设计能量达14万亿电子伏(14 TeV),于2010年3月开始运行.2011年12月13日，该研究中心宣布发现了希格斯粒子存在的迹象，后来又说结果无效.2012年7月4日，LHC 两个主要团队——ATLAS与CMS的科学家宣布：发现了一种新的亚原子粒子，可能是人们苦苦寻找的希格斯粒子.但科学家同时表示，还需做许多工作来最后确定.2012年7月31 日，上述两团队在学术论文预留出版平台( arXiv.org )公布了关于发现疑似“上帝粒子”的论文，其中详细描述了新发现粒子衰变成γ射线、W和Z玻色子等物理过程.目前，这两篇论文已提交给Physics Letters B,准备发表.

3 希格斯粒子发现的重大意义及目前的存疑

当代，对于微观世界和宇观世界(宇宙)能进行统一解释的物理理论，比较成功的就是上述“标准模型”与“大爆炸宇宙理论”.但不少人对这种理论提出了质疑.其中，希格斯粒子始终未找到就是质疑的重要理由.因此，如果希格斯粒子真的找到了，那么，“标准模型”与“大爆炸宇宙理论”就得到了进一步的证实，也许，可以说是决定性的证实.所以，有关可能已找到希格斯粒子的消息一经公布，就引起科学界的轰动与社会的关注.不过，许多物理学家对这个问题，采取了更为谨慎的态度.他们指出：虽然这次发现的新粒子的一些特征，比如，出现的几率、衰变模型等特征，与理论预言的希格斯粒子相符，但现在的统计性太少，还不足以确定这个新粒子的各种特性.是否希格斯粒子真的已经“找到”，还需要等待进一步的证实.